ფორმატი შეიძლება განვიხილოთ, როგორც ნახშირბად-ნეიტრალური ბიოეკონომიკის ხერხემალი, რომელიც წარმოებულია CO2-დან (ელექტრო)ქიმიური მეთოდების გამოყენებით და გარდაიქმნება დამატებითი ღირებულების მქონე პროდუქტებად ფერმენტული კასკადების ან ინჟინერიულად შექმნილი მიკროორგანიზმების გამოყენებით. სინთეზური ფორმატის ასიმილაციის გაფართოების მნიშვნელოვანი ნაბიჯი არის ფორმალდეჰიდის თერმოდინამიკურად რთული აღდგენა, რომელიც აქ ყვითელი ფერის ცვლილების სახით ჩნდება. კრედიტი: ხმელეთის მიკრობიოლოგიის ინსტიტუტი მაქს პლანკი/გეიზელი.
მაქს პლანკის ინსტიტუტის მეცნიერებმა შექმნეს სინთეზური მეტაბოლური გზა, რომელიც ჭიანჭველმჟავას დახმარებით ნახშირორჟანგს ფორმალდეჰიდად გარდაქმნის, რაც ნახშირბად-ნეიტრალურ გზას გვთავაზობს ძვირფასი მასალების წარმოებისთვის.
ნახშირორჟანგის ფიქსაციის ახალი ანაბოლური გზები არა მხოლოდ ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის დონის შემცირებას უწყობს ხელს, არამედ შეუძლია ფარმაცევტული საშუალებებისა და აქტიური ინგრედიენტების ტრადიციული ქიმიური წარმოება ნახშირბად-ნეიტრალური ბიოლოგიური პროცესებით ჩაანაცვლოს. ახალი კვლევა აჩვენებს პროცესს, რომლის მეშვეობითაც ჭიანჭველმჟავას გამოყენება შესაძლებელია ნახშირორჟანგის ბიოქიმიური ინდუსტრიისთვის ღირებულ მასალად გარდასაქმნელად.
სათბურის გაზების ემისიების ზრდის გათვალისწინებით, ნახშირბადის შთანთქმა ან ნახშირორჟანგის შთანთქმა დიდი გამონაბოლქვი წყაროებიდან აქტუალურ საკითხს წარმოადგენს. ბუნებაში ნახშირორჟანგის ასიმილაცია მილიონობით წლის განმავლობაში მიმდინარეობს, მაგრამ მისი სიმძლავრე შორს არის იმისგან, რომ ანთროპოგენური ემისიების კომპენსირება მოახდინოს.
ხმელეთის მიკრობიოლოგიის ინსტიტუტის წარმომადგენელი ტობიას ერბის ხელმძღვანელობით, მაქს პლანკი იყენებს ბუნებრივ ინსტრუმენტებს ნახშირორჟანგის ფიქსაციის ახალი მეთოდების შესამუშავებლად. მათ წარმატებით შექმნეს ხელოვნური მეტაბოლური გზა, რომელიც ჭიანჭველმჟავასგან წარმოქმნის მაღალრეაქტიულ ფორმალდეჰიდს, რომელიც შესაძლოა ხელოვნური ფოტოსინთეზის შუალედური პროდუქტი იყოს. ფორმალდეჰიდს შეუძლია პირდაპირ შევიდეს რამდენიმე მეტაბოლურ გზაში და წარმოქმნას სხვა ღირებული ნივთიერებები ტოქსიკური ეფექტების გარეშე. როგორც ბუნებრივი პროცესის შემთხვევაში, საჭიროა ორი ძირითადი ინგრედიენტი: ენერგია და ნახშირბადი. პირველი შეიძლება მოწოდებული იყოს არა მხოლოდ პირდაპირი მზის სხივებით, არამედ ელექტროენერგიითაც - მაგალითად, მზის მოდულები.
ღირებულებათა ჯაჭვში ნახშირბადის წყაროები ცვალებადია. ნახშირორჟანგი აქ ერთადერთი ვარიანტი არ არის, ჩვენ ვსაუბრობთ ნახშირბადის ყველა ცალკეულ ნაერთზე (C1 საშენი ბლოკები): ნახშირბადის მონოქსიდი, ჭიანჭველმჟავა, ფორმალდეჰიდი, მეთანოლი და მეთანი. თუმცა, თითქმის ყველა ეს ნივთიერება ძლიერ ტოქსიკურია, როგორც ცოცხალი ორგანიზმებისთვის (ნახშირბადის მონოქსიდი, ფორმალდეჰიდი, მეთანოლი), ასევე პლანეტისთვის (მეთანი, როგორც სათბურის აირი). მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ჭიანჭველმჟავა ნეიტრალიზდება მის ფუძე ფორმატამდე, იტანს მრავალი მიკროორგანიზმი მის მაღალ კონცენტრაციებს.
„ჭიამმჟავა ნახშირბადის ძალიან პერსპექტიული წყაროა“, - ხაზს უსვამს კვლევის პირველი ავტორი მარენ ნატერმანი. „თუმცა, მისი ფორმალდეჰიდად ინ ვიტრო გარდაქმნა ძალიან ენერგომოხმარებადია“. ეს იმიტომ ხდება, რომ ფორმატი, ფორმატის მარილი, ადვილად არ გარდაიქმნება ფორმალდეჰიდად. „ამ ორ მოლეკულას შორის სერიოზული ქიმიური ბარიერი არსებობს და სანამ რეალურ რეაქციას განვახორციელებთ, ის ბიოქიმიური ენერგიის - ატფ-ის დახმარებით უნდა გადავლახოთ“.
მკვლევარების მიზანი უფრო ეკონომიური გზის პოვნა იყო. ბოლოს და ბოლოს, რაც უფრო ნაკლები ენერგიაა საჭირო ნახშირბადის მეტაბოლიზმში ჩასართავად, მით მეტი ენერგიის გამოყენებაა შესაძლებელი ზრდის ან წარმოების სტიმულირებისთვის. თუმცა, ბუნებაში ასეთი გზა არ არსებობს. „მრავალი ფუნქციის მქონე ეგრეთ წოდებული ჰიბრიდული ფერმენტების აღმოჩენა გარკვეულ კრეატიულობას მოითხოვდა“, - ამბობს ტობიას ერბი. „თუმცა, კანდიდატი ფერმენტების აღმოჩენა მხოლოდ დასაწყისია. ჩვენ ვსაუბრობთ რეაქციებზე, რომელთა ერთად დათვლაც შესაძლებელია, რადგან ისინი ძალიან ნელია - ზოგიერთ შემთხვევაში, თითოეული ფერმენტის რეაქცია წამში ერთზე ნაკლებია. ბუნებრივი რეაქციები შეიძლება ათასჯერ უფრო სწრაფად მიმდინარეობდეს“. სწორედ აქ ერთვება საქმეში სინთეზური ბიოქიმია, ამბობს მარენ ნატერმანი: „თუ იცით ფერმენტის სტრუქტურა და მექანიზმი, იცით, სად უნდა ჩაერიოთ. ეს დიდი სარგებელი იყო“.
ფერმენტების ოპტიმიზაცია რამდენიმე მიდგომას მოიცავს: სპეციალიზებული საშენი ბლოკების გაცვლას, შემთხვევითი მუტაციების გენერირებას და სიმძლავრის შერჩევას. „როგორც ფორმატი, ასევე ფორმალდეჰიდი ძალიან შესაფერისია, რადგან მათ შეუძლიათ უჯრედის კედლებში შეღწევა. ჩვენ შეგვიძლია უჯრედული კულტურის გარემოში ფორმატის დამატება, რომელიც წარმოქმნის ფერმენტს, რომელიც რამდენიმე საათის შემდეგ მიღებულ ფორმალდეჰიდს არატოქსიკურ ყვითელ საღებავად გარდაქმნის“, - თქვა მარენმა. განმარტა ნატერმანმა.
ასეთ მოკლე დროში შედეგების მიღება შეუძლებელი იქნებოდა მაღალი გამტარუნარიანობის მეთოდების გამოყენების გარეშე. ამისათვის მკვლევარებმა ითანამშრომლეს გერმანიის ქალაქ ესლინგენში მდებარე სამრეწველო პარტნიორ Festo-სთან. „დაახლოებით 4000 ვარიაციის შემდეგ, ჩვენ გავაოთხმაგეთ ჩვენი მოსავლიანობა“, - ამბობს მარენ ნატერმანი. „ამრიგად, ჩვენ შევქმენით საფუძველი E. coli-ს მოდელის მიკროორგანიზმის, ბიოტექნოლოგიის მიკრობული სამუშაო ცხენის, ჭიანჭველმჟავაზე ზრდისთვის. თუმცა, ამ ეტაპზე, ჩვენს უჯრედებს მხოლოდ ფორმალდეჰიდის წარმოება შეუძლიათ და შემდგომი ტრანსფორმაცია არ შეუძლიათ“.
მცენარეთა მოლეკულური ფიზიოლოგიის ინსტიტუტის თანამშრომელ სებასტიან ვინკთან თანამშრომლობით, მაქს პლანკის მკვლევარები ამჟამად ქმნიან შტამს, რომელსაც შეუძლია შუალედური პროდუქტების შთანთქმა და ცენტრალურ მეტაბოლიზმში შეყვანა. ამავდროულად, გუნდი ქიმიური ენერგიის გარდაქმნის ინსტიტუტის სამუშაო ჯგუფთან ერთად ატარებს კვლევას ნახშირორჟანგის ელექტროქიმიურ გარდაქმნაზე ჭიანჭველმჟავად. მაქს პლანკი, ვალტერ ლეიტნერის ხელმძღვანელობით. გრძელვადიანი მიზანია ელექტრობიოქიმიური პროცესებით წარმოებული ნახშირორჟანგიდან ინსულინის ან ბიოდიზელის მსგავს პროდუქტებამდე „ერთი ზომის ყველასთვის შესაფერისი პლატფორმის“ შექმნა.
წყარო: მარენ ნატერმანი, სებასტიან ვენკი, პასკალ პფისტერი, ჰაი ჰე, სეუნგ ჰვანგ ლი, ვიტოლდ შიმანსკი, ნილს გიუნტერმანი, ფაიინგ ჟუ „ფოსფატ-დამოკიდებული ფორმატის ფორმალდეჰიდად გარდაქმნის ახალი კასკადის შემუშავება in vitro და in vivo პირობებში“, ლენარტ ნიკელი. , შარლოტ ვალნერი, იან ზარზიცკი, ნიკოლ პაჩია, ნინა გაიზერტი, ჯანკარლო ფრანჩო, ვალტერ ლეიტნერი, რამონ გონსალესი და ტობიას ჯ. ერბი, 2023 წლის 9 მაისი, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: საუკეთესო ტექნოლოგიური სიახლეების სახლი 1998 წლიდან. იყავით ინფორმირებული უახლესი ტექნოლოგიური სიახლეების შესახებ ელექტრონული ფოსტით ან სოციალური მედიის საშუალებით. > ელფოსტის დაიჯესტი უფასო გამოწერით
Cold Spring Harbor Laboratories-ის მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ SRSF1, ცილა, რომელიც არეგულირებს რნმ-ის სპლაისინგს, პანკრეასში მომატებულია.