Format má líta á sem burðarás kolefnishlutlauss lífhagkerfis, framleitt úr CO2 með (raf)efnafræðilegum aðferðum og breytt í virðisaukandi vörur með ensímferlum eða tilbúnum örverum. Mikilvægt skref í að auka upptöku tilbúinna formata er varmafræðilega flókin afoxun formaldehýðs, sem hér birtist sem gul litabreyting. Mynd: Institute of Terrestrial Microbiology Max Planck/Geisel.
Vísindamenn við Max Planck-stofnunina hafa búið til tilbúna efnaskiptaferla sem breytir koltvísýringi í formaldehýð með hjálp maurasýru, sem býður upp á kolefnishlutlausa leið til að framleiða verðmæt efni.
Nýjar vefaukandi leiðir til að binda koltvísýring hjálpa ekki aðeins til við að draga úr magni koltvísýrings í andrúmsloftinu, heldur geta þær einnig komið í stað hefðbundinnar efnaframleiðslu lyfja og virkra innihaldsefna með kolefnishlutlausum líffræðilegum ferlum. Nýjar rannsóknir sýna fram á ferli þar sem hægt er að nota maurasýru til að umbreyta koltvísýringi í efni sem er verðmætt fyrir lífefnaiðnaðinn.
Í ljósi aukinnar losunar gróðurhúsalofttegunda er kolefnisbinding eða koltvísýringsbinding frá stórum losunaruppsprettum brýnt mál. Í náttúrunni hefur upptaka koltvísýrings átt sér stað í milljónir ára, en kraftur þess er langt frá því að vera nægur til að bæta upp fyrir losun af mannavöldum.
Rannsakendur undir forystu Tobias Erb frá Institute of Terrestrial Microbiology. Max Planck nota náttúruleg verkfæri til að þróa nýjar aðferðir til að binda koltvísýring. Þeim hefur nú tekist að þróa tilbúna efnaskiptaferla sem framleiðir mjög hvarfgjarnt formaldehýð úr maurasýru, sem er mögulegt milliefni í tilbúinni ljóstillífun. Formaldehýð getur farið beint inn í nokkrar efnaskiptaferla til að mynda önnur verðmæt efni án eituráhrifa. Eins og með náttúruleg ferli þarf tvö megin innihaldsefni: orku og kolefni. Hið fyrra er ekki aðeins hægt að fá með beinu sólarljósi heldur einnig með rafmagni - til dæmis sólarsellum.
Í virðiskeðjunni eru kolefnisuppsprettur breytilegar. Koltvísýringur er ekki eini kosturinn hér, heldur erum við að tala um öll einstök kolefnissambönd (C1 byggingareiningar): kolmónoxíð, maurasýru, formaldehýð, metanól og metan. Hins vegar eru næstum öll þessi efni mjög eitruð, bæði fyrir lifandi lífverur (kolmónoxíð, formaldehýð, metanól) og fyrir jörðina (metan sem gróðurhúsalofttegund). Það er ekki fyrr en maurasýra hefur verið hlutleyst í basískt format að margar örverur þola háan styrk af henni.
„Maurasýra er mjög efnileg uppspretta kolefnis,“ leggur Maren Nattermann, fyrsti höfundur rannsóknarinnar, áherslu á. „En að breyta henni í formaldehýð in vitro er mjög orkufrekt.“ Þetta er vegna þess að format, salt formats, breytist ekki auðveldlega í formaldehýð. „Það er alvarleg efnafræðileg hindrun milli þessara tveggja sameinda og áður en við getum framkvæmt raunverulega efnahvörf verðum við að yfirstíga hana með hjálp lífefnafræðilegrar orku – ATP.“
Markmið vísindamannanna var að finna hagkvæmari leið. Því minni orka sem þarf til að fæða kolefni í efnaskipti, því meiri orku er hægt að nota til að örva vöxt eða framleiðslu. En slík leið er ekki til í náttúrunni. „Uppgötvun svokallaðra blendingaensíma með margvíslegum aðgerðum krafðist nokkurrar sköpunargáfu,“ segir Tobias Erb. „Hins vegar er uppgötvun hugsanlegra ensíma aðeins byrjunin. Við erum að tala um efnahvörf sem hægt er að telja saman vegna þess að þau eru mjög hæg - í sumum tilfellum er færri en ein efnahvörf á sekúndu fyrir hvert ensím. Náttúruleg efnahvörf geta gengið þúsund sinnum hraðar fyrir sig.“ Þetta er þar sem tilbúin lífefnafræði kemur inn í myndina, segir Maren Nattermann: „Ef þú þekkir uppbyggingu og virkni ensíms, þá veistu hvar á að grípa inn í. Það hefur verið mjög gagnlegt.“
Ensímbestun felur í sér nokkrar aðferðir: sérhæfð skipti á byggingareiningum, handahófskennda stökkbreytingamyndun og afkastagetuval. „Bæði format og formaldehýð eru mjög hentug því þau geta komist í gegnum frumuveggi. Við getum bætt formati við frumuræktunarmiðilinn, sem framleiðir ensím sem breytir formaldehýðinu sem myndast í eiturefnalaust gult litarefni eftir nokkrar klukkustundir,“ sagði Maren. Nattermann útskýrði.
Niðurstöður á svo stuttum tíma hefðu ekki verið mögulegar án notkunar háafköstaðferða. Til að gera þetta unnu vísindamennirnir með iðnaðarfélaganum Festo í Esslingen í Þýskalandi. „Eftir um 4.000 breytingar fjórfölduðum við uppskeruna,“ segir Maren Nattermann. „Þannig höfum við skapað grunninn að vexti fyrirmyndarörverunnar E. coli, örverufræðilegs vinnuhests líftækninnar, á maurasýru. Hins vegar geta frumur okkar aðeins framleitt formaldehýð og geta ekki umbreyst frekar.“
Í samstarfi við samstarfsmann sinn Sebastian Wink frá Institute of Plant Molecular Physiology (Stofnun sameindalífeðlisfræði plantna) eru vísindamenn Max Planck að þróa stofn sem getur tekið upp milliefni og komið þeim inn í miðlæga efnaskipti. Á sama tíma stundar teymið rannsóknir á rafefnafræðilegri umbreytingu koltvísýrings í maurasýru með vinnuhópi við Institute of Chemical Energy Conversion (Stofnun efnaorkuumbreytingar Max Planck) undir stjórn Walter Leitner. Langtímamarkmiðið er að skapa „einn vettvang sem hentar öllum“, allt frá koltvísýringi sem framleitt er með rafefnafræðilegum ferlum til vara eins og insúlíns eða lífdísilolíu.
Heimild: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu „Þróun nýrrar ferlis til umbreytingar fosfatháðs formats í formaldehýð in vitro og in vivo“, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez og Tobias J. Erb, 9. maí 2023, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Heimsíða bestu tæknifrétta frá árinu 1998. Vertu uppfærður/upplýst/ur um nýjustu tæknifréttir í gegnum tölvupóst eða samfélagsmiðla. > Tölvupóstsamantekt með ókeypis áskrift
Rannsakendur við Cold Spring Harbor Laboratories komust að því að SRSF1, prótein sem stjórnar RNA splicing, er uppstýrt í brisi.