Форматты көміртегі-бейтарап биоэкономиканың негізі ретінде қарастыруға болады, ол CO2-ден (электрохимиялық) әдістерді қолдану арқылы өндіріліп, ферментативті каскадтарды немесе инженерлік микроорганизмдерді қолдану арқылы қосылған құнды өнімдерге айналдырылады. Синтетикалық форматты ассимиляциялауды кеңейтудегі маңызды қадам - ​​оның формальдегидті термодинамикалық тұрғыдан күрделі тотықсыздандыруы, ол мұнда сары түстің өзгеруі ретінде көрінеді. Авторлық құқық: Жер үсті микробиологиясы институты Макс Планк/Гейзель.
Макс Планк институтының ғалымдары құмырсқа қышқылының көмегімен көмірқышқыл газын формальдегидке айналдыратын синтетикалық метаболикалық жол жасап, бағалы материалдарды өндірудің көміртегі-бейтарап жолын ұсынды.
Көмірқышқыл газын бекітудің жаңа анаболикалық жолдары атмосферадағы көмірқышқыл газы деңгейін төмендетуге ғана емес, сонымен қатар фармацевтикалық препараттар мен белсенді ингредиенттердің дәстүрлі химиялық өндірісін көміртегі-бейтарап биологиялық процестермен алмастыра алады. Жаңа зерттеулер құмырсқа қышқылын көмірқышқыл газын биохимиялық өнеркәсіп үшін құнды материалға айналдыру үшін пайдалануға болатын процесті көрсетеді.
Парниктік газдар шығарындыларының артуын ескере отырып, көміртегі секвестрі немесе көмірқышқыл газын ірі шығарынды көздерінен секвестрлеу өзекті мәселе болып табылады. Табиғатта көмірқышқыл газын ассимиляциялау миллиондаған жылдар бойы жүріп келеді, бірақ оның күші антропогендік шығарындыларды өтеуге жеткіліксіз.
Жер үсті микробиология институтының Тобиас Эрб бастаған зерттеушілері Макс Планк көмірқышқыл газын бекітудің жаңа әдістерін әзірлеу үшін табиғи құралдарды пайдаланады. Олар қазір жасанды фотосинтездің аралық өнімі болып табылатын құмырсқа қышқылынан жоғары реактивті формальдегид түзетін жасанды метаболикалық жолды әзірлеуге қол жеткізді. Формальдегид ешқандай улы әсер етпестен басқа құнды заттарды түзу үшін бірнеше метаболикалық жолдарға тікелей енуі мүмкін. Табиғи процесстегідей, екі негізгі ингредиент қажет: энергия және көміртек. Біріншісін тек тікелей күн сәулесімен ғана емес, сонымен қатар электр қуатымен де қамтамасыз етуге болады - мысалы, күн модульдері.
Құндылық тізбегінде көміртегі көздері өзгермелі. Көмірқышқыл газы мұнда жалғыз нұсқа емес, біз барлық жеке көміртегі қосылыстары (C1 құрылымдық блоктары) туралы айтып отырмыз: көміртегі тотығы, құмырсқа қышқылы, формальдегид, метанол және метан. Дегенмен, бұл заттардың барлығы дерлік тірі организмдер үшін де (көміртегі тотығы, формальдегид, метанол) және планета үшін де (парниктік газ ретінде метан) өте улы. Көптеген микроорганизмдер құмырсқа қышқылы негізгі форматына бейтараптандырылғаннан кейін ғана оның жоғары концентрациясына төзе алады.
«Құмырсқа қышқылы көміртектің өте перспективалы көзі болып табылады», - деп атап өтеді зерттеудің алғашқы авторы Марен Наттерманн. «Бірақ оны in vitro формальдегидке айналдыру өте энергияны көп қажет етеді». Себебі, формат тұзы, формат, формальдегидке оңай айнала алмайды. «Бұл екі молекула арасында күрделі химиялық тосқауыл бар, және біз нақты реакцияны жүргізбес бұрын, оны биохимиялық энергия - АТФ көмегімен жеңуіміз керек».
Зерттеушілердің мақсаты үнемдірек жол табу болды. Өйткені, көміртекті метаболизмге енгізу үшін неғұрлым аз энергия қажет болса, өсуді немесе өндірісті ынталандыру үшін соғұрлым көп энергияны пайдалануға болады. Бірақ табиғатта мұндай жол жоқ. «Бірнеше функциялары бар гибридті ферменттерді ашу біраз шығармашылықты қажет етті», - дейді Тобиас Эрб. «Дегенмен, кандидат ферменттерді ашу тек бастамасы ғана. Біз өте баяу болғандықтан бірге санауға болатын реакциялар туралы айтып отырмыз - кейбір жағдайларда әр фермент үшін секундына бір реакциядан аз болады. Табиғи реакциялар мың есе жылдам жүруі мүмкін». Міне, осы жерде синтетикалық биохимия көмектеседі, дейді Марен Наттерманн: «Егер сіз ферменттің құрылымы мен механизмін білсеңіз, қайда араласу керектігін білесіз. Бұл үлкен пайда әкелді».
Ферменттерді оңтайландыру бірнеше тәсілдерді қамтиды: мамандандырылған құрылыс блоктарын алмасу, кездейсоқ мутация генерациясы және сыйымдылықты таңдау. «Формат та, формальдегид те өте қолайлы, себебі олар жасуша қабырғаларына ене алады. Біз жасуша өсіру ортасына форматты қоса аламыз, ол бірнеше сағаттан кейін пайда болған формальдегидті улы емес сары бояуға айналдыратын ферментті өндіреді», - деді Марен. Наттерманн түсіндірді.
Мұндай қысқа мерзімде нәтижелерге жоғары өнімділік әдістерін қолданбай қол жеткізу мүмкін болмас еді. Ол үшін зерттеушілер Германияның Эсслинген қаласындағы Festo өнеркәсіптік серіктесімен бірлесіп жұмыс істеді. «Шамамен 4000 вариациядан кейін біз өнімділігімізді төрт есеге арттырдық», - дейді Марен Наттерманн. «Осылайша, біз биотехнологияның микробтық жұмыс құралы E. coli моделінің микроорганизмінің құмырсқа қышқылында өсуіне негіз жасадық. Дегенмен, қазіргі уақытта біздің жасушаларымыз тек формальдегид өндіре алады және одан әрі трансформациялана алмайды».
Өсімдіктердің молекулалық физиологиясы институтының әріптесі Себастьян Винкпен бірлесіп. Макс Планк зерттеушілері қазіргі уақытта аралық өнімдерді алып, оларды орталық метаболизмге енгізе алатын штаммды әзірлеуде. Сонымен қатар, топ Химиялық энергияны түрлендіру институтының жұмыс тобымен бірге көмірқышқыл газын құмырсқа қышқылына электрохимиялық түрлендіру бойынша зерттеулер жүргізуде. Макс Планк Уолтер Лейтнердің басшылығымен. Ұзақ мерзімді мақсат - электробиохимиялық процестер арқылы өндірілген көмірқышқыл газынан инсулин немесе биодизель сияқты өнімдерге дейін «барлығына бірдей сәйкес келетін платформа».
Сілтеме: Марен Наттерманн, Себастьян Венк, Паскаль Пфистер, Хай Хе, Сын Хван Ли, Витольд Шимански, Нильс Гунтерманн, Файинг Чжу «Фосфатқа тәуелді форматты in vitro және in vivo формальдегидке айналдырудың жаңа каскадын әзірлеу», Леннарт Никель., Шарлотта Уоллнер, Ян Зарзицки, Николь Пачия, Нина Гайсерт, Джанкарло Франсио, Уолтер Лейтнер, Рамон Гонсалес және Тобиас Дж. Эрб, 9 мамыр 2023 жыл, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998 жылдан бергі ең үздік технологиялық жаңалықтардың орталығы. Соңғы технологиялық жаңалықтардан электрондық пошта немесе әлеуметтік желілер арқылы хабардар болып отырыңыз. > Тегін жазылыммен электрондық пошта арқылы дайджест
Cold Spring Harbor зертханаларының зерттеушілері РНҚ сплайсингін реттейтін SRSF1 ақуызының ұйқы безінде жоғарылайтынын анықтады.