Format uglerod neytral bioiqtisodiyotning asosi sifatida qaralishi mumkin, u CO2 dan (elektro)kimyoviy usullar yordamida ishlab chiqariladi va fermentativ kaskadlar yoki muhandislik mikroorganizmlari yordamida qo'shimcha qiymatli mahsulotlarga aylantiriladi. Sintetik formatning assimilyatsiyasini kengaytirishdagi muhim qadam uning formaldegidning termodinamik jihatdan murakkab kamayishi bo'lib, u bu yerda sariq rang o'zgarishi sifatida ko'rinadi. Kredit: Maks Plank/Geysel Yer usti mikrobiologiyasi instituti.
Maks Plank instituti olimlari karbonat angidridni formik kislota yordamida formaldegidga aylantiradigan sintetik metabolik yo'lni yaratdilar va bu qimmatbaho materiallarni ishlab chiqarishning uglerod-neytral usulini taklif qiladi.
Karbonat angidridni fiksatsiya qilishning yangi anabolik yo'llari nafaqat atmosferadagi karbonat angidrid miqdorini kamaytirishga yordam beradi, balki farmatsevtika va faol moddalarning an'anaviy kimyoviy ishlab chiqarilishini uglerod-neytral biologik jarayonlar bilan almashtirishi mumkin. Yangi tadqiqotlar chumoli kislotasi karbonat angidridni biokimyoviy sanoat uchun qimmatli materialga aylantirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan jarayonni namoyish etadi.
Issiqxona gazlari chiqindilarining ko'payishini hisobga olgan holda, yirik emissiya manbalaridan uglerod sekvestratsiyasi yoki karbonat angidrid sekvestratsiyasi dolzarb masala hisoblanadi. Tabiatda karbonat angidridning assimilyatsiyasi millionlab yillar davomida davom etib kelmoqda, ammo uning kuchi antropogen emissiyalarni qoplash uchun yetarli emas.
Maks Plank boshchiligidagi tadqiqotchilar Yer mikrobiologiyasi institutidan Tobias Erb boshchiligida karbonat angidridni fiksatsiya qilishning yangi usullarini ishlab chiqish uchun tabiiy vositalardan foydalanadilar. Ular endi sun'iy fotosintezda mumkin bo'lgan oraliq modda bo'lgan chumoli kislotasidan yuqori reaktiv formaldegid ishlab chiqaradigan sun'iy metabolik yo'lni ishlab chiqishda muvaffaqiyatga erishdilar. Formaldegid hech qanday toksik ta'sir ko'rsatmasdan boshqa qimmatli moddalarni hosil qilish uchun bir nechta metabolik yo'llarga to'g'ridan-to'g'ri kirishi mumkin. Tabiiy jarayonda bo'lgani kabi, ikkita asosiy ingredient talab qilinadi: energiya va uglerod. Birinchisi nafaqat to'g'ridan-to'g'ri quyosh nuri, balki elektr energiyasi - masalan, quyosh modullari bilan ham ta'minlanishi mumkin.
Qiymat zanjirida uglerod manbalari o'zgaruvchan. Karbonat angidrid bu yerda yagona variant emas, biz barcha alohida uglerod birikmalari (C1 qurilish bloklari) haqida gapiramiz: uglerod oksidi, chumoli kislotasi, formaldegid, metanol va metan. Biroq, bu moddalarning deyarli barchasi tirik organizmlar (uglerod oksidi, formaldegid, metanol) uchun ham, sayyora uchun ham (issiqxona gazi sifatida metan) juda zaharli. Faqat chumoli kislotasi asosiy shaklga qadar neytrallangandan keyingina ko'plab mikroorganizmlar uning yuqori konsentratsiyasiga toqat qiladilar.
"Chumoli kislotasi uglerodning juda istiqbolli manbaidir", deb ta'kidlaydi tadqiqotning birinchi muallifi Maren Nattermann. "Ammo uni in vitro formaldegidga aylantirish juda energiya talab qiladi." Buning sababi, format tuzi bo'lgan format osonlikcha formaldegidga aylantirilmaydi. "Bu ikki molekula o'rtasida jiddiy kimyoviy to'siq mavjud va biz haqiqiy reaksiyani amalga oshirishdan oldin, uni biokimyoviy energiya - ATF yordamida yengib o'tishimiz kerak."
Tadqiqotchilarning maqsadi tejamkorroq yo'lni topish edi. Axir, uglerodni metabolizmga kiritish uchun qancha kam energiya talab qilinsa, o'sish yoki ishlab chiqarishni rag'batlantirish uchun shuncha ko'p energiya ishlatilishi mumkin. Ammo tabiatda bunday yo'l yo'q. "Ko'p funksiyali gibrid fermentlarni kashf etish biroz ijodkorlikni talab qildi", deydi Tobias Erb. "Biroq, nomzod fermentlarni kashf etish faqat boshlanishi. Biz birgalikda sanab bo'ladigan reaksiyalar haqida gapiryapmiz, chunki ular juda sekin - ba'zi hollarda har bir ferment uchun sekundiga bittadan kam reaksiya bo'ladi. Tabiiy reaksiyalar ming marta tezroq tezlikda davom etishi mumkin." Maren Nattermannning aytishicha, sintetik biokimyo aynan shu yerda rol o'ynaydi: "Agar siz fermentning tuzilishi va mexanizmini bilsangiz, qayerga aralashishni bilasiz. Bu katta foyda keltirdi."
Fermentlarni optimallashtirish bir nechta yondashuvlarni o'z ichiga oladi: maxsus qurilish bloklari almashinuvi, tasodifiy mutatsiya hosil bo'lishi va sig'im tanlash. “Format ham, formaldegid ham juda mos keladi, chunki ular hujayra devorlariga kirib borishi mumkin. Biz hujayra kulturasi muhitiga format qo'shishimiz mumkin, bu esa hosil bo'lgan formaldegidni bir necha soatdan keyin toksik bo'lmagan sariq bo'yoqqa aylantiradigan ferment ishlab chiqaradi”, dedi Maren. Nattermann tushuntirdi.
Bunday qisqa vaqt ichida yuqori samarali usullardan foydalanmasdan natijalarga erishish mumkin bo'lmas edi. Buning uchun tadqiqotchilar Germaniyaning Esslingen shahridagi Festo sanoat hamkori bilan hamkorlik qilishdi. "Taxminan 4000 ta o'zgarishdan so'ng, biz hosildorlikni to'rt baravar oshirdik", deydi Maren Nattermann. "Shunday qilib, biz biotexnologiyaning mikrobial ishchi kuchi bo'lgan E. coli mikroorganizmining model mikroorganizmining chumoli kislotasida o'sishi uchun asos yaratdik. Biroq, hozirda bizning hujayralarimiz faqat formaldegid ishlab chiqarishi mumkin va keyinchalik o'zgartira olmaydi."
O'simliklar Molekulyar Fiziologiyasi Institutidan hamkasbi Sebastian Wink bilan hamkorlikda. Maks Plank tadqiqotchilari hozirda oraliq mahsulotlarni olib, ularni markaziy metabolizmga kirita oladigan shtammni ishlab chiqmoqdalar. Shu bilan birga, jamoa Kimyoviy Energiyani Konvertatsiya qilish Institutidagi ishchi guruh bilan birgalikda karbonat angidridni chumoli kislotasiga elektrokimyoviy konvertatsiya qilish bo'yicha tadqiqotlar olib bormoqda. Maks Plank Valter Leitner boshchiligida. Uzoq muddatli maqsad elektrobiokimyoviy jarayonlar natijasida hosil bo'lgan karbonat angidriddan insulin yoki biodizel kabi mahsulotlargacha bo'lgan "barchaga mos keladigan yagona platforma"dir.
Ma'lumotnoma: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faying Zhu “Fosfatga bog'liq formatni in vitro va in vivo sharoitida formaldegidga aylantirish uchun yangi kaskadni ishlab chiqish”, Lennart Nickel., Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonsales va Tobias J. Erb, 2023-yil 9-may, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998-yildan beri eng yaxshi texnologik yangiliklar uyi. Elektron pochta yoki ijtimoiy tarmoqlar orqali eng so'nggi texnologik yangiliklardan xabardor bo'lib turing. > Bepul obuna bilan elektron pochta orqali dayjest
Cold Spring Harbor Laboratories tadqiqotchilari RNK splaysingini tartibga soluvchi oqsil SRSF1 oshqozon osti bezida yuqori darajada tartibga solinganligini aniqladilar.