Пробив в синтетичната биология позволява извличането на CO2 от въздуха по-ефективно, отколкото в природата

Приложните изследвания в областта на синтетичната биология имат за цел да създадат или да модифицират организми, които да изпълняват специфични задачи, като например производството на нови вещества. Неотдавна екип от института „Макс Планк“ в Германия разработи нов метод за улавяне на CO2 молекулите от въздуха и превръщането им в други полезни молекули, който се оказа по-ефективен от фотосинтезата.

Един от основните виновници за глобалното затопляне – въглеродният диоксид (CO2), вече достига застрашителни нива в нашата атмосфера. Поради тази причина повечето политики са насочени към намаляване на емисиите на парникови газове. Но някои експерти са на мнение, че улавянето на CO2 от въздуха е много интересно решение. В тази технология няма нищо необичайно и тя вече се използва в промишлените предприятия с много високи нива на емисии на въглероден диоксид. Тя включва използването на „CO2 аспиратор“, който втечнява газа, преди да го постави в празни подземни резервоари или да го излее в солените водоносни пластове.

Но в едно скорошно проучване, подробностите от което са публикувани в списание Nature, учените са разработили съвсем различен подход: иновативен биохимичен цикъл, който може да улавя CO2 и да го превръща директно в друга молекула. В сравнение с растителната фотосинтеза този метод е по-ефективен.

Иновативен биохимичен процес

За тази цел учените са разработили естествения биохимичен метод, наречен „THETA цикъл„. Този процес се състои от поредица от химични и биологични стъпки за улавяне и преобразуване на CO2 в друг продукт, наречен Ацетил-КоА. Това е важна молекула, която участва в няколко метаболитни пътя и е предшественик на много биогорива, материали и лекарства.

Процесът включва 17 биокатализатора и два ензима – кротоноил-КоА карбоксилаза/редуктаза и фосфоенолпируват карбоксилаза. Последните, изолирани от бактерии, са известни със способността си бързо да поглъщат CO2. Те са и много по-ефективни от ензима RuBisCO, който участва в растителната фотосинтеза. Тези два елемента обаче не се срещат в естествен вид в живите организми. Затова учените трябваше изкуствено да ги обединят, за да създадат новия цикъл.

Цикълът е интегриран в живите клетки

За да разработи биохимичния цикъл THETA, изследователският екип първо е провел лабораторни тестове в епруветки. Тяхната система улавя две молекули CO2 от въздуха и ги превръща в една молекула ацетил-коа. След като принципът на системата бе потвърден, изследователите проведоха серия от експерименти, за да оптимизират нейната ефективност. Тяхната цел е значително да увеличат добива, т.е. количеството Ацетил-КоА, произведено от определено количество CO2. В резултат на това те успяха да увеличат тази стойност със невероятните 100 пъти.

Следващата стъпка бе да интегрират цикъла THETA в живите организми, в конкретния случай в бактерията E. coli. Тези бактерии са широко използвани в синтетичната биология поради лесното им генетично манипулиране. Предвид сложността на процеса, който се състои от 17 отделни стъпки, учените разделиха цикъла на три отделни модула, всеки от които беше интегриран в клетка на E. coli. coli.

Макар че всеки модул работи добре поотделно, крайната цел на изследователите е да обединят трите части в един общ флуиден процес, който да хармонизира с естествения метаболизъм на E. coli. Това изисква синхронизиране на всеки етап от цикъла със съществуващите биологични процеси на бактерията.

Началото е поставено и това може да се окаже така желания метод за улавяне на вредния въглероден диоксид от атмосферата на Земята и превръщането му в нещо полезно.