Формијат се може посматрати као окосница угљенично неутралне биоекономије, произведене из CO2 коришћењем (електро)хемијских метода и претворене у производе са додатом вредношћу коришћењем ензимских каскада или вештачки модификованих микроорганизама. Важан корак у проширењу асимилације синтетичког формијата је његова термодинамички сложена редукција формалдехида, која се овде појављује као промена жуте боје. Заслуге: Институт за копнену микробиологију Макс Планк/Гајзел.
Научници са Института Макс Планк створили су синтетички метаболички пут који претвара угљен-диоксид у формалдехид уз помоћ мравље киселине, нудећи угљенично неутралан начин производње вредних материјала.
Нови анаболички путеви за фиксацију угљен-диоксида не само да помажу у смањењу нивоа угљен-диоксида у атмосфери, већ могу и да замене традиционалну хемијску производњу фармацеутских производа и активних састојака угљенично неутралним биолошким процесима. Ново истраживање показује процес којим се мравља киселина може користити за претварање угљен-диоксида у материјал вредан за биохемијску индустрију.
С обзиром на пораст емисије гасова стаклене баште, секвестрација угљеника или секвестрација угљен-диоксида из великих извора емисије је хитно питање. У природи, асимилација угљен-диоксида се одвија милионима година, али њена снага је далеко од довољне да надокнади антропогене емисије.
Истраживачи предвођени Тобијасом Ербом из Института за копнену микробиологију Макса Планка користе природне алате за развој нових метода за фиксирање угљен-диоксида. Сада су успели да развију вештачки метаболички пут који производи високо реактивни формалдехид из мравље киселине, могућег међупроизвода у вештачкој фотосинтези. Формалдехид може директно да уђе у неколико метаболичких путева да би формирао друге вредне супстанце без икаквих токсичних ефеката. Као и код природног процеса, потребна су два главна састојка: енергија и угљеник. Први се може обезбедити не само директном сунчевом светлошћу, већ и електричном енергијом – на пример, соларним модулима.
У ланцу вредности, извори угљеника су променљиви. Угљен-диоксид овде није једина опција, говоримо о свим појединачним једињењима угљеника (C1 градивни блокови): угљен-моноксид, мравља киселина, формалдехид, метанол и метан. Међутим, скоро све ове супстанце су веома токсичне, како за живе организме (угљен-моноксид, формалдехид, метанол) тако и за планету (метан као гас стаклене баште). Тек након што се мравља киселина неутралише до свог базног формијата, многи микроорганизми толеришу њене високе концентрације.
„Мравља киселина је веома обећавајући извор угљеника“, наглашава Марен Натерман, прва ауторка студије. „Али њено претварање у формалдехид in vitro је веома енергетски интензивно.“ То је зато што се формиат, со формијата, не претвара лако у формалдехид. „Постоји озбиљна хемијска баријера између ова два молекула и пре него што можемо да спроведемо праву реакцију, морамо је превазићи уз помоћ биохемијске енергије – АТП-а.“
Циљ истраживача био је да пронађу економичнији начин. На крају крајева, што је мање енергије потребно за уношење угљеника у метаболизам, то се више енергије може користити за стимулацију раста или производње. Али такав начин не постоји у природи. „Откриће такозваних хибридних ензима са вишеструким функцијама захтевало је мало креативности“, каже Тобијас Ерб. „Међутим, откриће кандидата за ензиме је само почетак. Говоримо о реакцијама које се могу бројати заједно јер су веома споре – у неким случајевима постоји мање од једне реакције у секунди по ензиму. Природне реакције могу се одвијати брзином која је хиљаду пута бржа.“ Ту долази до изражаја синтетичка биохемија, каже Марен Натерман: „Ако знате структуру и механизам ензима, знате где да интервенишете. Било је од велике користи.“
Оптимизација ензима обухвата неколико приступа: специјализовану размену градивних блокова, генерисање случајних мутација и селекцију капацитета. „И формат и формалдехид су веома погодни јер могу да продру кроз ћелијске зидове. Можемо додати формат у медијум за ћелијску културу, који производи ензим који претвара добијени формалдехид у нетоксичну жуту боју након неколико сати“, рекао је Марен. Натерман је објаснио.
Резултати у тако кратком временском периоду не би били могући без употребе метода високог протока. Да би то урадили, истраживачи су сарађивали са индустријским партнером Фестом у Еслингену, у Немачкој. „Након око 4.000 варијација, учетворостручили смо наш принос“, каже Марен Натерман. „Тако смо створили основу за раст моделног микроорганизма Е. коли, микробног радног коња биотехнологије, на мрављој киселини. Међутим, тренутно наше ћелије могу само да производе формалдехид и не могу даље да га трансформишу.“
У сарадњи са својим сарадником Себастијаном Винком из Института за молекуларну физиологију биљака, истраживачи Макс Планка тренутно развијају сој који може да апсорбује интермедијере и уведе их у централни метаболизам. Истовремено, тим спроводи истраживање електрохемијске конверзије угљен-диоксида у мрављу киселину са радном групом у Институту за хемијску конверзију енергије Макс Планк под руководством Валтера Лајтнера. Дугорочни циљ је „платформа за све“ од угљен-диоксида произведеног електробиохемијским процесима до производа као што су инсулин или биодизел.
Референца: Марен Натерман, Себастијан Венк, Паскал Пфистер, Хај Хе, Сеунг Хванг Ли, Витолд Шимански, Нилс Гунтерман, Фајинг Жу „Развој нове каскаде за конверзију фосфатно зависног формијата у формалдехид in vitro и in vivo“, Ленарт Никел, Шарлот Валнер, Јан Зарзицки, Никол Пачија, Нина Гајсерт, Ђанкарло Франчо, Валтер Лајтнер, Рамон Гонзалез и Тобијас Ј. Ерб, 9. мај 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Дом најбољих технолошких вести од 1998. Будите у току са најновијим технолошким вестима путем имејла или друштвених медија. > Сажетак имејлова са бесплатном претплатом
Истраживачи у лабораторијама Колд Спринг Харбор открили су да је SRSF1, протеин који регулише спајање РНК, појачан у панкреасу.