Formiaat kin sjoen wurde as de rêchbonke fan in koalstofneutrale bio-ekonomy, produsearre út CO2 mei (elektro)gemyske metoaden en omset yn produkten mei tafoege wearde mei enzymatyske kaskades of yngenieurde mikroorganismen. In wichtige stap yn it útwreidzjen fan 'e assimilaasje fan syntetyske formiaat is de termodynamysk komplekse reduksje fan formaldehyde, dy't hjir ferskynt as in giele kleurferoaring. Kredyt: Ynstitút foar Terrestriale Mikrobiology Max Planck/Geisel.
Wittenskippers fan it Max Planck Ynstitút hawwe in syntetyske metabolike paad makke dy't koalstofdiokside omset yn formaldehyde mei help fan mierensoer, wêrtroch't in koalstofneutrale manier is om weardefolle materialen te produsearjen.
Nije anabole paden foar koalstofdiokside-fixaasje helpe net allinich om koalstofdioksidenivo's yn 'e atmosfear te ferminderjen, mar kinne ek de tradisjonele gemyske produksje fan farmaseutika en aktive yngrediïnten ferfange troch koalstofneutrale biologyske prosessen. Nij ûndersyk lit in proses sjen wêrby't mierensoer brûkt wurde kin om koalstofdiokside om te setten yn in materiaal dat weardefol is foar de biogemyske yndustry.
Mei it each op de tanimming fan broeikasgasemissies is koalstofsekwestraasje of koalstofdioksidesekwestraasje út grutte emissieboarnen in driuwend probleem. Yn 'e natuer is de assimilaasje fan koalstofdiokside al miljoenen jierren oan 'e gong, mar de krêft dêrfan is fier fan genôch om de troch minsken feroarsake emissies te kompensearjen.
Undersykers ûnder lieding fan Tobias Erb fan it Ynstitút foar Terrestriale Mikrobiology. Max Planck brûkt natuerlike ark om nije metoaden te ûntwikkeljen foar it fêstlizzen fan koalstofdiokside. Se binne der no yn slagge om in keunstmjittige metabolike paad te ûntwikkeljen dy't tige reaktive formaldehyde produseart út mieresûr, in mooglike tuskenstap yn keunstmjittige fotosynteze. Formaldehyde kin direkt ferskate metabolike paden yngean om oare weardefolle stoffen te foarmjen sûnder giftige effekten. Lykas by in natuerlik proses binne twa haadyngrediïnten nedich: enerzjy en koalstof. De earste kin net allinich troch direkt sinneljocht levere wurde, mar ek troch elektrisiteit - bygelyks sinnemodules.
Yn 'e weardeketen binne koalstofboarnen fariabel. Koalstofdiokside is hjir net de ienige opsje, wy hawwe it oer alle yndividuele koalstofferbiningen (C1-boublokken): koalstofmonokside, mierensoer, formaldehyde, metanol en metaan. Hast al dizze stoffen binne lykwols tige giftich, sawol foar libbene organismen (koalstofmonokside, formaldehyde, metanol) as foar de planeet (metaan as broeikasgas). Pas nei't mierensoer neutralisearre is ta syn basisfoarmiaat, tolerearje in protte mikroorganismen hege konsintraasjes derfan.
"Mieresûr is in tige beloftefolle boarne fan koalstof," beklammet Maren Nattermann, earste auteur fan 'e stúdzje. "Mar it omsetten yn formaldehyde yn vitro is tige enerzjy-yntinsyf." Dit komt om't formiaat, it sâlt fan formaldehyde, net maklik omset wurdt yn formaldehyde. "Der is in serieuze gemyske barriêre tusken dizze twa molekulen, en foardat wy in echte reaksje útfiere kinne, moatte wy dy oerwinne mei help fan biogemyske enerzjy - ATP."
It doel fan 'e ûndersikers wie om in ekonomyskere manier te finen. Hoe minder enerzjy der nedich is om koalstof yn it metabolisme te fieden, hoe mear enerzjy der brûkt wurde kin om groei of produksje te stimulearjen. Mar sa'n manier bestiet net yn 'e natuer. "De ûntdekking fan saneamde hybride enzymen mei meardere funksjes easke wat kreativiteit," seit Tobias Erb. "De ûntdekking fan kandidaat-enzymen is lykwols mar it begjin. Wy prate oer reaksjes dy't byinoar teld wurde kinne, om't se tige stadich binne - yn guon gefallen is der minder as ien reaksje per sekonde per enzym. Natuerlike reaksjes kinne mei in taryf plakfine dat tûzen kear rapper is." Hjir komt syntetyske biogemy yn byld, seit Maren Nattermann: "As jo ​​de struktuer en it meganisme fan in enzym kenne, witte jo wêr't jo yngripe moatte. It hat fan grut foardiel west."
Enzymoptimalisaasje omfettet ferskate oanpakken: spesjalisearre útwikseling fan boublokken, willekeurige mutaasjegeneraasje en kapasiteitsseleksje. "Sawol formiaat as formaldehyde binne tige geskikt, om't se selwanden kinne penetrearje. Wy kinne formiaat tafoegje oan it selkultuermedium, dat in enzyme produseart dat de resultearjende formaldehyde nei in pear oeren yn in net-giftige giele kleurstof feroaret," sei Maren. Nattermann ferklearre.
Resultaten yn sa'n koarte perioade soene net mooglik west hawwe sûnder it brûken fan hege-trochputmetoaden. Om dit te dwaan, wurken de ûndersikers gear mei yndustriële partner Festo yn Esslingen, Dútslân. "Nei sawat 4.000 fariaasjes hawwe wy ús opbringst ferfjouwerfâldige," seit Maren Nattermann. "Sa hawwe wy de basis lein foar de groei fan it modelmikroorganisme E. coli, it mikrobiële wurkhynder fan biotechnology, op mierensoer. Op it stuit kinne ús sellen lykwols allinich formaldehyde produsearje en kinne se net fierder transformearje."
Yn gearwurking mei syn meiwurker Sebastian Wink fan it Ynstitút foar Molekulêre Fysiology fan Planten ûntwikkelje ûndersikers fan Max Planck op it stuit in stam dy't tuskenprodukten opnimme en yn it sintrale metabolisme ynfiere kin. Tagelyk docht it team ûndersyk nei de elektrogemyske konverzje fan koalstofdiokside nei mierensoer mei in wurkgroep by it Ynstitút foar Gemyske Enerzjykonverzje fan Max Planck ûnder lieding fan Walter Leitner. It doel op lange termyn is in "ien-maat-past-alle platfoarm" fan koalstofdiokside produsearre troch elektrobiogemyske prosessen oant produkten lykas insuline of biodiesel.
Referinsje: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Untwikkeling fan in nije kaskade foar de konverzje fan fosfaat-ôfhinklik formate nei formaldehyde yn vitro en yn vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, en Tobias J. Erb, 9 maaie 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Thússide fan it bêste technijs sûnt 1998. Bliuw op 'e hichte fan it lêste technijs fia e-post of sosjale media. > E-postdigest mei fergees abonnemint
Undersykers fan Cold Spring Harbor Laboratories hawwe ûntdutsen dat SRSF1, in proteïne dy't RNA-splicing regulearret, opregulearre is yn 'e pankreas.