от Jai Hebrew Weekly/Публикувано на 19 февруари 2020 г., 8:26 ч.

бактерии

Съобщено от Научния институт на Вайцман от Реховот

Бактериите в лабораторията на професор Рон Мило в Института на науките на Weizmann не само са се отказали от захарта, но и са спрели да консумират всичките си нормални твърди храни, живеейки от въглероден диоксид (CO2) в заобикалящата ги среда. Тоест те са успели да създадат цялата си биомаса от въздуха. Този подвиг, който изискваше близо десетилетие рационален дизайн, генно инженерство и ускорена еволюция в лабораторията, беше докладван тази седмица в Cell. Констатациите сочат начини за разработване на неутрални въглеродни горива в бъдеще.

Изследването започна с идентифициране на основните гени за процеса на фиксиране на въглерода: начинът, по който растенията поемат въглерод от CO2, за да го преобразуват в биологични молекули като протеини, ДНК и т.н. Изследователският екип добави и пренареди необходимите гени. Те открили, че много от „парчетата“ машини, които вече са присъствали в бактериалния геном, могат да бъдат използвани такива, каквито са. Те също така вмъкнаха ген, който позволи на бактериите да получават енергия от лесно достъпно вещество, наречено формиат, което може да се произвежда директно от електричество и въздух и е готов да "достави" електрони на бактериите.

Самото предоставяне на бактериите на „средства за производство“ не им е било достатъчно, за да направят смяната. Трябваше да се използва още един трик, за да накараме бактериите да използват правилно тази машина и това включваше деликатен балансиращ акт. Заедно с Roee Ben-Nissan, Yinon Bar-On и други членове на екипа на Майло от Отдела по растителни и екологични науки на института, Gleizer използва позната техника: еволюция в лабораторията. По същество бактериите постепенно са лишени от захарта, която са свикнали да консумират. На всеки етап на култивираните бактерии се даваше само необходимото количество захар, за да се избегне гладуването, както и много CO2 и формиат. Някои се „научиха“ да развиват вкус към CO2 (което им даде еволюционно предимство пред онези, които останаха със захар), а потомците им бяха снабдени с все по-малко захар, докато след около една година адаптация към новата диета, в крайна сметка напълно променени, живеещи и размножаващи се в среда, която доставя само чист CO2.

За да се провери дали бактериите не са били по някакъв начин „похапвали“ други хранителни вещества, някои от еволюиралите Е. coli са били хранени с CO2, съдържащ тежък изотоп: C13. След това бактериалните части на тялото се претеглят и натрупаното тегло се сравнява с масата, която биха спечелили от консумацията на по-тежката версия на въглерода. Анализът показа, че въглеродните атоми в телата на бактериите са извлечени директно само от CO2.

Изследователският екип се зае да характеризира новоразвитите бактерии. Какви промени са били от съществено значение за адаптирането към тази нова диета? Въпреки че някои от генетичните промени, които са идентифицирали, може да са свързани с преживяването на глада, други изглежда регулират времето на стъпките за създаване на градивни елементи чрез натрупването на CO2. „Клетката трябва да постигне баланс между токсичните задръствания и фалита“, казва Bar-On. Други промени обаче, отбелязани от екипа, са свързани с транскрипцията - която регулира начина на включване или изключване на съществуващите гени. „Надяваме се, че повече изследвания ще открият как точно тези гени са коригирали своята дейност“, казва Бен-Нисан.

Изследователите вярват, че новото „здравословно хоби“ на бактериите в крайна сметка може да бъде здравословно за планетата. Майло отбелязва, че днес биотехнологичните компании използват клетъчни култури за производство на търговски химикали. Такива клетки, дрожди или бактерии могат да бъдат подтикнати да живеят на диета със СО2 и възобновяема енергия, като по този начин се лишават от огромните количества царевичен сироп, с който живеят днес. Бактериите могат да се адаптират повече, така че вместо да вземат енергията си от вещество като формиат, те могат да я получат директно, например от електрони в слънчев колектор, и след това да съхраняват тази енергия, за да я използват по-късно като гориво под формата на фиксиран въглерод към вашите клетки. Такова гориво би било неутрално до въглерод, ако неговият източник на въглерод е атмосферният CO2.

„Нашата лаборатория беше първата, която работи по идеята да промени диетата на нормален хетеротроф (който консумира органични вещества), за да го превърне в автотроф (който живее във въздуха)“, казва Мило. "В началото изглеждаше невъзможно, но по пътя ни научи много уроци и в крайна сметка показахме, че това може да се направи. Нашите открития са важен крайъгълен камък в нашата цел за постигане на ефективни и устойчиви научни приложения.".

Професор Рон Майло е директор на Канадския център за изследвания на алтернативната енергия на Мери и Том Бек. Неговите изследвания се подкрепят от програмата за лидерство на Zuckerman STEM; благотворителният фонд на Ларсън на нови учени; фондация „Семейство Улман“; Дана и Йоси Холандър; и Европейския изследователски съвет. Професор Майло е професор на Чарлз и Луиз Гартнер.