Kategóriák Tech

Szén-dioxid diétára neveltek baktériumokat laboratóriumi környezetben

Több hónap leforgása alatt izraeli kutatók létrehoztak egy olyan Escherichia coli fajtát, ami a szerves vegyületek helyett szén-dioxidból nyeri ki az energiát. A szintetikus biológia sikere jól mutatja, hogy a baktériumok anyagcseréje mennyire rugalmas és megteremti a jövőbeli karbon semlegesség elérésében és különböző vegyületek előállításában betöltött szerepüket.

A kutatás fő célja egy karbon megkötésre alkalmas tudományos platform megalkotása volt, amivel segíthetnek a globális klímaváltozás elleni csatában és a fenntarthatóságban. Mivel az E. coli már ma is rendkívül komoly szerepet játszik a biotechnológiában, így a szerves vegyületekről szén-dioxidra történő átszoktatása egy hatalmas előrelépés a csapat célja irányában.

Az élőlényeket a szervetlen szén-dioxidot szerves anyagokká alakító autotrófokra és ezeket a szerves anyagokat felhasználó heterotrófokra bontjuk. Tömegük alapján a Földet az autotrófok uralják és a fenntarthatóság felé vezető úton a szakértők szerint létfontosságú lehet a bennük rejlő lehetőségek kihasználása.

A szintetikus biológia egyik nagy kihívásának számít, hogy egy hagyományosan heterotróf organizmusban mesterséges autotróf képességeket plántáljanak. Annak ellenére, hogy a megújuló energiaforrások és a fenntartható élelemellátás területén dolgozók is kiemelt figyelmet fordítottak rá a korábbi összes ilyen szintetikus organizmus létrehozását célzó kutatás elbukott. A szén-dioxid megkötés képességét több próbálkozás is sikeresen beültette az általuk használt heterotróf modell organizmusba, viszont az anyagcsere kör megfelelő működéséhez – és ezáltal a stabil növekedéshez – elengedhetetlen volt más szerves vegyületek használata.

A kutatók elmondása szerint már a kérdés; egyáltalán lehetséges-e egy baktérium teljes étrendjének a cukorról a szén-dioxidra történő mesterséges átállítása, is többször felmerült.

A mostani kutatás viszont ennél tovább ment és nem csak a lehetőséget vizsgálta, hanem azt is, hogy ehhez milyen szélsőséges változásokra van szükség a baktériumok DNS-ében.

Ehhez az E. coli baktériumokat anyagcsere átírás és laborban levezényelt evolúciós segítségével alakították autotróffá. A módosított fajta formiátból nyerte ki az energiát, ami egy olyan egy szénatomos vegyület, ami megújuló energiaforrásokból elektrokémiai módszerekkel is elő lehet állítani. A fajta ezen felül képes volt a szén-dioxid megkötésére használt enzimek előállítására. Ezek ellenére viszont az eredeti heterotróf anyagcseréje miatt nem volt képes egyedül az autotróf folyamatokra hagyatkozni.

A kutatók ekkor fordultak az irányított evolúció irányába, amivel lehetségessé vált a baktériumok anyagcseréjének optimalizálása. Ehhez a kísérleti fajtáknál több a heterotróf anyagcserében központi szerepet betöltő enzimet deaktiváltak. Emiatt a baktériumok számára létfontosságúvá váltak az autotróf anyagcsere útvonalak.

A mesterséges evolúció első 300 napján a baktériumok számára minimális xilóz cukor is a rendelkezésükre állt – folyamatosan csökkenő mennyiségben. Ez szükséges volt a kolóniák növekedésének megindításához, amíg a baktériumok számára bőséges formiát és zárt légköri szén-dioxid is a rendelkezésükre állt.

Ebben a környezetben hatalmas szelektív nyomás nehezedig a baktériumokra az autotróf anyagcsere irányába – a fogyatkozó cukor miatt. A kísérlet végén kapott módosult baktériumok szén-dioxid felhasználó képességét izotópos vizsgálatokkal is megerősítették – nehezebb izotópokkal megjelölt szén-dioxid segítségével.

A módosult E. coli fajta genetikai vizsgálata alapján a szintetikus evolúció során 11 mutáció történt a baktériumok génállományában. Ezek között voltak olyanok, amelyek egyértelműen a szén megkötés folyamatához szükséges enzimek kódolásáért feleltek, viszont voltak olyanok is, melyek megjelenését más laboratóriumi környezetben végzett kutatásoknál is látták már – és emiatt valószínűleg nincs szerepük az autotróf folyamatokban. Továbbá volt egy pár olyan mutáció is, aminek szerepe még ismeretlen.

A kísérlete elején a korábbi precedens híján még maguk a kutatók sem tudták megmondani, hogy mekkora esélyük van a sikerre. Amíg a szakirodalom sem kecsegtetett túl jó reményekkel, addig a csapatot is meglepte, hogy milyen kevés mutációra volt szükség az átalakuláshoz.

Az új fajta felhasználásának jelenleg valamennyire gátat szab a tény, hogy a formiát felhasználása során több szén-dioxidot termelnek, mint amit a megkötés során elnyelnek. Amíg az ipari méretű felhasználásuk lehetségességei terén is sok a kérdés.

A projekt következő lépésében a kutatók a formiát helyett megújuló energiaforrásból származó elektromosság segítségével szeretnék előidézni a szén-dioxid megkötést, amíg a baktériumok tényleges légköri szén-dioxid szint melletti életképességét is komoly vizsgálatoknak vetik alá.

Forrás: cell.com

Megosztás

Legutóbbi tartalom

Hatalmas lehetőség van a városi növénytermesztésben

A nagyvárosok kertjeinek és zöldterületeinek 10 százalékán elég zöldséget és gyümölcsöt lehetne termeszteni, hogy a lakosság 15 százalékának fedezzék a…

2020-04-02

Mikroorganizmusok segíthetnek a rák kimutatásában

Hagyományosan a rákot az emberi genom betegségének tekintik, amelynél a gének mutációja miatt a sejtek nem halnak meg, hanem megállíthatatlan…

2020-04-02

A felmelegedés miatt a sarkok felé mozdulnak a tengeri élőlények

Az ipari forradalom előtti időkhöz viszonyítva a világ óceánjai átlagosan 1 C°-al melegebbek. Új kutatások szerint ezek a változások jelentős…

2020-04-02

Megvan az első ismert állatfaj, aminek nincs mitokondriális DNS-e

Egy nemzetközi kutatócsapat olyan többsejtű állatra bukkant, ami nem rendelkezik mitokondriális DNS-sel, ezzel ez a faj az egyetlen ismert állat,…

2020-03-07

A terahertzel a teljes spektrum urává válhatott az emberiség

Egy új berendezésnek köszönhetően hamarosan elérhetővé válhatnak a terahertzes hullámhosszok, amelyek szakértők szerint forradalmi új technológiák megvalósítását is lehetővé tehetik.…

2020-02-23

Megállás nélkül szivárog a szén-dioxid a “Szóda Forrásból”

Az óceánok már hatvan méteres mélységben is tartogatnak meglepetéseket. Most a Texas Egyetem professzora Bayani Cardenas került egy természetes "pezsgőre"…

2020-02-23

Ez a weboldal cookie-kat használ.

Elolvasom