Ученные перепрограммируют бактерии на потребление CO2 из воздуха

  • 20
Израильским ученым удалось отредактировать гены микроорганизмов, таким образом, чтобы они прекратили есть все свои обычные твердые продукты и переключились на строгую диету, состоящую только из углекислого газа (CO2) из ​​окружающей среды.

Израильским ученым удалось отредактировать гены микроорганизмов, таким образом, чтобы они прекратили есть все свои обычные твердые продукты и переключились на строгую диету, состоящую только из углекислого газа (CO2) из ​​окружающей среды.

Это означает, что вся биомасса бактерий была получена из воздуха. Этот прорыв, который включал почти десятилетие рационального проектирования, генной инженерии и ускоренной версии эволюции в лаборатории, указывает на захватывающее новое средство разработки углерод-нейтрального топлива.

Об исследовании, которое проводилось в лаборатории профессора Рона Мило из Научного института Вейцмана, было сообщено на этой неделе в Cell.

Исследование началось с определения ключевых генов для процесса фиксации углерода - того, как растения берут углерод из CO2 с целью превращения его в такие биологические молекулы, как белок и ДНК. После добавления и изменения необходимых генов, исследователи обнаружили, что многие «детали» для механизма, уже присутствующего в бактериальном геноме, можно использовать в исходном виде.

Они также встроили ген, который позволил бактериям получать энергию из легко доступного вещества, называемого формиатом, который может быть произведен непосредственно из электричества и воздуха, и который способен «отдавать» электроны бактериям.

Оказывается, просто дать бактериям «средства производства» было недостаточно для того, чтобы они совершили переход. Команда все еще нуждалась в другом способе заставить бактерии правильно использовать этот механизм.

Вместе с несколькими другими членами команды Мило в отделе Института наук о растениях и окружающей среде, исследователи использовали лабораторную эволюцию, поскольку метод известен; по сути, бактерии постепенно отлучались от сахара, который они привыкли есть.

На каждой стадии культивируемым бактериям давали достаточное количество сахара, чтобы предотвратить их полное голодание, а также достаточное количество СО2 и формиата. Поскольку некоторые «научились» питаться СО2 (что дало им эволюционное преимущество перед теми, кто придерживался питания сахарои), их потомкам давали все меньше и меньше сахара, пока примерно через год адаптации к новому рациону некоторые из них в конечном итоге не сделали полный переход, к жизни и размножению в среде, в которой преобладает чистый CO2.

Чтобы проверить, не «перекусывали» ли бактерии каким-то образом другими питательными веществами, некоторые из выделенных кишечных палочек получали CO2, содержащий тяжелый изотоп: C13. Затем части тела бактерий взвешивали, и полученный ими вес сравнивали с массой, которая будет добавлена ​​при употреблении более тяжелой версии углерода. Анализ показал, что все атомы углерода в организме бактерий были извлечены непосредственно только из самого CO2.

Исследователи полагают, что новый «оздоровительный удар» бактерий в конечном итоге может быть полезен для планеты. Майло отмечает, что сегодня биотехнологические компании используют клеточные культуры для производства товарных химикатов. Такие клетки - дрожжи или бактерии - можно заставить жить на диете с CO2 и возобновляемым электричеством, и, таким образом, их отлучают от большого количества кукурузного сиропа, на котором они живут сегодня.

Бактерии также могут быть дополнительно адаптированы таким образом, чтобы вместо того, чтобы брать свою энергию из вещества, такого как формиат, они могли бы получить ее прямо - скажем, электроны от солнечного коллектора - и затем сохранить эту энергию для последующего использования в качестве топлива в форме углерода фиксируется в их клетках. Такое топливо было бы нейтральным в отношении углерода, если бы источником его углерода был атмосферный CO2.

«Наша лаборатория была первой, кто занялся идеей изменить рацион нормального гетеротрофа (который питается органическими веществами), чтобы превратить его в автотрофизм (« жизнь в эфире »), - говорит Майло. «Сначала это звучало невозможно, но на этом пути мы многому научились, и в конце мы показали, что это действительно возможно сделать. Наши результаты являются важной вехой на пути к нашей цели эффективного, экологичного научного применения».

Источник: www.goodnewsnetwork.org