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

Egy újonnan felfedezett fehérje okozza az edzés pozitív hatásait

Mindegy, hogy egy sétáról vagy egy edzőtermi gyakorlatról van szó, a mozgás jót a testünknek. De lehetséges-e ezeket az előnyöket…

2020-01-19

7 milliárd éves csillagport találtak egy meteoritben

A csillagok élete akkor kezdődik, amikor az űrben szálló por és gáz nagy mennyiségben felhalmozódik és egymásba esik - ezzel…

2020-01-15

Vasat havazik a Föld magja

A Föld magja rendkívül meleg és hatalmas nyomásnak van kitéve, amíg egy új kutatás szerint magjának külső részéből vas pelyhek…

2020-01-10

170 ezer éve már növényeket főztünk

A dél-afrikai Lebambo Hegység barlangjaiban élő emberek már 170 ezer évvel ezelőtt keményítőben gazdag növényekből főztek ételeket. A Witwatersrand Egyetem…

2020-01-10

Készülődik az ősi élet után kutató Mars 2020 küldetés

A NASA Mars 2020 roverje nem csak az ősi élet nyomai után kutat majd, hanem az emberi küldetésekhez is adatok…

2020-01-06

Védi a szív- és érrendszert a chili fogyasztás

A chili paprika jótékony hatásait már több mint egy évszázada dicsérik. Most viszont olasz kutatók felfedezték, hogy azoknál akik rendszeresen…

2019-12-24

Ez a weboldal cookie-kat használ.

Elolvasom