Formaty (elektro)himiki usullar arkaly CO2-den öndürilýän we fermentatiw kaskadlar ýa-da inženerçilik mikroorganizmleri ulanyp goşmaça gymmatly önümlere öwrülýän uglerod-neýtral bioykdysadyýanyň esasy hökmünde görmek bolýar. Sintetiki formatyň özleşdirilmegini giňeltmekde möhüm ädim, onuň formaldegidiň termodinamik taýdan çylşyrymly reduksiýasydyr, bu ýerde ol sary reňk üýtgemesi hökmünde görünýär. Awtorlyk hukugy: Gury ýer mikrobiologiýasy instituty Maks Plank/Geýsel.
Maks Plank institutynyň alymlary kömürturşy gazyny formaldehide öwürýän sintetiki metabolik ýol döretdiler, bu bolsa gymmatly materiallary öndürmegiň uglerodsyz usulyny hödürleýär.
Kömürturşy gazyny fiksasiýa etmek üçin täze anabolik ýollar diňe atmosferadaky kömürturşy gazynyň derejesini peseltmäge kömek etmän, eýsem derman serişdeleriniň we işjeň maddalaryň däp bolan himiki önümçiligini uglerodsyz biologiki prosesler bilen çalşyp biler. Täze barlaglar kömürturşy gazyny biohimiki senagat üçin gymmatly materiala öwürmek üçin formik kislotanyň ulanylyp bilinjek prosesini görkezýär.
Parnik gazlarynyň zyňyndylarynyň artmagy sebäpli, uly zyňyndy çeşmelerinden uglerodyň sekwestrasiýasy ýa-da uglerod dioksidiniň sekwestrasiýasy möhüm mesele bolup durýar. Tebigatda uglerod dioksidiniň özleşdirilmegi millionlarça ýyl bäri dowam edýär, ýöne onuň güýji antropogen zyňyndylaryň öwezini dolmak üçin ýeterlik däl.
Gury ýer mikrobiologiýasy institutynyň Tobias Erb tarapyndan ýolbaşçylyk edilýän ylmy işgärler. Maks Plank uglerod dioksidini fiksirlemek üçin täze usullary işläp düzmek üçin tebigy gurallary ulanýarlar. Olar häzir emeli fotosintezde mümkin bolan aralyk önüm bolan formik kislotadan ýokary reaksiýaly formaldegid öndürýän emeli metabolik ýoly işläp düzmekde üstünlik gazandylar. Formaldegid hiç hili zäherli täsir etmezden beýleki gymmatly maddalary emele getirmek üçin birnäçe metabolik ýola gönüden-göni girip bilýär. Tebigy prosesde bolşy ýaly, iki esasy madda gerek: energiýa we uglerod. Birinjisi diňe bir göni gün şöhlesi bilen däl, eýsem elektrik energiýasy bilen hem üpjün edilip bilner - mysal üçin, gün modullary.
Gymmatlyk zynjyrynda uglerod çeşmeleri üýtgeýär. Bu ýerde uglerod dioksidi ýeke-täk wariant däl, biz ähli aýratyn uglerod birleşmeleri (C1 gurluşyk bloklary) barada gürrüň edýäris: uglerod oksidi, formik kislota, formaldegid, metanol we metan. Şeýle-de bolsa, bu maddalaryň ählisi diýen ýaly diri organizmler (uglerod oksidi, formaldegid, metanol) we planeta (parnik gazy hökmünde metan) üçin örän zäherlidir. Formik kislota esasy görnüşine çenli neýtrallaşdyrylandan soň, köp mikroorganizmler onuň ýokary konsentrasiýalaryna çydap bilýärler.
“Garyşgak kislotasy uglerodyň örän geljegi uly çeşmesidir” diýip, gözlegiň ilkinji awtory Maren Nattermann nygtaýar. “Emma ony in vitro formaldegide öwürmek örän energiýa sarp edýär”. Sebäbi formatyň duzy bolan format formaldegide aňsatlyk bilen öwrülmeýär. “Bu iki molekulanyň arasynda çynlakaý himiki päsgelçilik bar we hakyky reaksiýany amala aşyrmazdan ozal, ony biohimiki energiýanyň - ATF-iň kömegi bilen ýeňip geçmelidiris”.
Barlagçylaryň maksady has ykdysady ýoly tapmakdy. Galyberse-de, uglerody metabolizma üçin näçe az energiýa gerek bolsa, şonça-da ösüşi ýa-da önümçiligi höweslendirmek üçin şonça-da köp energiýa ulanylyp bilner. Emma tebigatda şeýle ýol ýok. “Köp funksiýaly gibrid fermentleriň açylmagy käbir döredijilik talap etdi” diýip, Tobias Erb aýdýar. “Şeýle-de bolsa, dalaşgär fermentleriň açylmagy diňe başlangyç. Biz bilelikde sanap boljak reaksiýalar barada gürrüň edýäris, sebäbi olar örän haýal - käbir ýagdaýlarda her ferment üçin sekuntda birden az reaksiýa bolýar. Tebigy reaksiýalar müň esse çalt tizlikde dowam edip biler”. Maren Nattermann şeýle diýýär: “Eger fermentiň gurluşyny we mehanizmini bilseňiz, nirede gatyşmalydygyňyzy bilýärsiňiz. Bu uly peýda getirdi”.
Ferment optimizasiýasy birnäçe usuly öz içine alýar: ýöriteleşdirilen gurluşyk bloklarynyň alyş-çalyşy, tötänleýin mutasiýalaryň döremegi we kuwwatlylygy saýlamak. “Format we formaldegid öýjük diwarlaryna aralaşyp bilýändigi üçin örän amatlydyr. Biz öýjük medeniýet gurşawyna format goşup bileris, ol bolsa birnäçe sagatdan soň emele gelen formaldegidi zäherli däl sary boýaga öwürýän ferment öndürýär” diýip, Maren aýtdy. Nattermann düşündirdi.
Şeýle gysga wagtyň içinde ýokary öndürijilikli usullar ulanylmasa, netijeler mümkin bolmazdy. Munuň üçin ylmy işgärler Germaniýanyň Esslingen şäherindäki senagat hyzmatdaşy Festo bilen hyzmatdaşlyk etdiler. “Takmynan 4000 üýtgeşiklikden soň, biz hasyllygymyzy dört esse artdyrdyk” diýip, Maren Nattermann aýdýar. “Şeýlelik bilen, biz biotehnologiýanyň mikrob iş aty bolan model mikroorganizm E. coli-niň formik kislotada ösmegi üçin esas döretdik. Şeýle-de bolsa, häzirki wagtda biziň öýjüklerimiz diňe formaldegid öndürip bilýär we mundan beýläk özgerip bilmeýär”.
Ösümlikleriň Molekulýar Fiziologiýasy Institutyndan hyzmatdaşy Sebastian Wink bilen hyzmatdaşlykda. Maks Plankyň ylmy işgärleri häzirki wagtda aralyk önümleri alyp, merkezi metabolizme girizip bilýän ştammy işläp düzýärler. Şol bir wagtyň özünde, topar Walter Leitneriň ýolbaşçylygynda Maks Plankyň Himiki Energiýa Öwrüliş Institutyndaky işçi topary bilen uglerod dioksidiniň formik kislotasyna elektrohimiki öwrülmegi boýunça ylmy-barlag işlerini geçirýär. Uzak möhletli maksat elektrobiohimiki prosesler arkaly öndürilen uglerod dioksidinden insulin ýa-da biodizel ýaly önümlere çenli "hemmelere laýyk gelýän bir platforma".
Salgylanma: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Fosfat garaşly formaty in vitro we in vivo şertlerinde formaldegide öwürmek üçin täze kaskadyň işlenip düzülmegi”, Lennart Nikel., Şarlotta Wallner, Ýan Zarzycki, Nikol Paçia, Nina Gaisert, Jankarlo Fransio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez we Tobias J. Erb, 2023-nji ýylyň 9-njy maýy, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998-nji ýyldan bäri iň gowy tehnologiýa habarlarynyň öýi. E-poçta ýa-da sosial media arkaly iň soňky tehnologiýa habarlaryndan habardar boluň. > Mugt abuna ýazylmak bilen e-poçta arkaly täzelikler.
“Cold Spring Harbor Laboratories”-iň ylmy işgärleri RNK-nyň birleşmesini düzgünleşdirýän SRSF1 belogynyň aşgazanasty bezinde ýokarlanýandygyny anykladylar.