Изследователите са създали щам на Е. coli, който консумира въглероден диоксид вместо захар

Група от Израелски учени са проектирали бактерия, способна да се храни с въглероден диоксид (CO2), с цел борба с изменението на климата. В забележителен напредък, който може да проправи пътя за преминаване към въглерод-неутрални горива, изследователи от Научния институт Weizmann създадоха това генетично модифицирани бактерии, способни да оцелеят, като консумират въглероден диоксид вместо захар.

проектирали

Изследователи създадоха CO2-консумиращ щам на Е. coli за енергия вместо органични съединения. Както обясниха, автотрофният растеж (който създава собствена органична материя от неорганични вещества) е постигнат след няколко месеца непрекъснато развитие в лабораторията, в хемостат (специален резервоар за производство на бактерии) под засилване на ограничаването на органичния въглерод и потвърдено с изотопно маркиране (научен метод, при който определени атоми се заменят с изотоп в молекула).

Чрез генното инженерство успя да накара бактериите да превърнат CO2 в органичен въглерод, замествайки слънчевата енергия, жизненоважна съставка в процеса на фотосинтеза, с вещество, наречено формиат, което също привлича вниманието като потенциален генератор на чисто електричество.

Екипът използва "метаболитно окабеляване", за да помогне да се трансформира диетата на Е. coli и да я накара да консумира CO2 по растителен начин. Този метод е адаптация към условията на ниско съдържание на хранителни вещества и кислород в микросредата, които позволяват на клетките да хиперпролиферират. Това включваше добавяне на гени, които метаболизират CO2 и премахване на гени, които обикновено обработват захарните съединения.

„От основна научна перспектива, искахме да видим дали е възможна такава важна трансформация в диетата с бактерии, от зависимостта от захар до синтеза на цялата нейна биомаса от CO2 ”, каза първият автор на изследването Шмуел Глейзер.

"Освен тестването на осъществимостта на такава трансформация в лабораторията, ние искахме да знаем колко екстремна трябва да бъде адаптация по отношение на промените в модела на бактериалната ДНК", добави той.

Gleizer и други учени от Института Weizmann подчертаха "Невероятна пластичност на бактериалния метаболизъм".

„Основната ни цел беше да създадем удобна научна платформа, която да подобри фиксирането на CO2, което може помагат за справяне с предизвикателствата, свързани с устойчивото производство на храни и горива и глобалното затопляне причинени от емисии на CO2 “, каза водещият автор Рон Майло, системен биолог от Института.

Изключителното откритие, съобщено в сряда през Клетка и подета от престижното научно списание Природата, може да доведе до производство на ниски въглеродни емисии за използване в биогорива или храни, което би спомогнало за изкореняването на излишния CO2 в атмосферата.

„Нашата лаборатория беше първата, която преследва идеята за промяна на диетата на нормален хетеротроф към автотрофизъм", каза Мило. „В началото изглеждаше невъзможно, но ни даде много уроци по пътя и в крайна сметка показваме, че може да се направи. Нашите открития са важен крайъгълен камък към целта ни за ефективни и екологични научни приложения “, добави той.

Лабораторните бактерии, преминали на диета с CO2, са били хранени с много големи количества газ. Въпреки това, при редовни метеорологични условия те все още ще се нуждаят от захар, за да живеят.

Авторите казват, че основното ограничение е, че в момента бактериите отделят повече CO2, отколкото се консумират чрез фиксиране на въглерод. Какво още, необходими са допълнителни изследвания, преди да може да се обсъжда мащабируемостта на подхода за индустриална употреба. Те обаче увериха, че следващата им стъпка ще бъде да се стремят да доставят енергия чрез възобновяема електроенергия, за да решат проблема с отделянето на CO2 и да подобрят разбирането си за условията, при които бактериите могат да процъфтяват.

"Този подвиг е мощно доказателство за концепция, която отваря нова вълнуваща перспектива за използване на модифицирани бактерии трансформираме продукти, които считаме за отпадъци, в гориво, храна или други съединения от интерес ”, заключи професор Мило.