Bu bağırsak bakterileri böyle Escherichia coli İklim koruyucusu olmak için gerekenlere sahip olmak sıradan insanlara tuhaf gelebilir. Ancak Marburg'daki Max Planck Karasal Mikrobiyoloji Enstitüsü'nden Tobias Erb liderliğindeki bir ekip, bakterilerin metabolizmasını yeniden programlayabilir, böylece gelecekte sera gazı karbondioksitini endüstriyel kullanıma uygun kimyasallara, hatta özellikle yüksek bir seviyeye dönüştürebilirler. yüksek verim. Araştırmacılar yakın zamanda bunu bildirdi Nature Catalytics dergisinde.
Duyuru
Erb, “Bir tür test tüpü metabolik yazılımı geliştirdik ve bunun bazı kısımlarını bakterilerin metabolik döngüsüne başarıyla dahil etmeyi başardık” diyor. Deney, sentetik biyolojinin işe yaradığının kanıtıdır.
Modeli fotosentez
Fotosentez bir model olarak hizmet etti. Sonuçta bitkiler eski zamanlardan beri havadaki CO₂'yi yakalıyor ve onu nişasta ve şeker gibi daha büyük moleküllere dönüştürüyor. Ancak doğa bu işlem için en verimli motoru kullanmamaktadır. Mikrobiyolog, “Fotosentezin birlikte çalıştığı Rubisco enzimi çok yavaş ve verimsizdir, özellikle de yalnızca CO₂'yi değil aynı zamanda oksijeni de bağladığı için” diyor.
Araştırmacılar daha sonra diğer, daha verimli test tüpü döngülerini test etti ve bunları makine öğrenimi ve laboratuvar otomasyonu kullanarak optimize etti. Mevcut laboratuvar dökümü kazananına THETA döngüsü adı veriliyor. CO₂'yi, yakıt veya plastik üretiminde endüstriyel bir kimyasal olarak kullanılabilen bir asetik asit çeşidi olan asetil koenzim A'ya dönüştürür. Döngü, ekibin bazılarını diğer bakterilerde keşfettiği 17 farklı enzimle çalışıyor. Erb, “Sadece fotosentezden daha hızlı olmakla kalmıyor, aynı zamanda daha az enerji tüketiyor” diye belirtiyor.
Ekip daha sonra test tüpünün verimli döngüsünü uygun arayüzler aracılığıyla bir bakteri hücresinin doğal metabolizmasına entegre etmeyi başardı. Erb, “Hücreden, deyim yerindeyse, kibarca yeni metabolik yazılımımızı çalıştırmasına izin vermesini istememiz gerekiyor. Ve bunun çalışma şekli, öncelikle hücrenin metabolizması için gerçekten ihtiyaç duyduğu bir şeyi hücreden almamızdır” diyor. taktikleri anlatıyorum. Örneğin hücrelerin hayatta kalmak için gerekli olan yağ asitlerini ürettiği tüm yolları engellemek mümkündür. Erb, “Daha sonra, yağ asitlerinin üretiminin yeniden başlamasını sağlayacak şekilde optimize edilmiş metabolizmamızı – veya başlangıçta onun bir kısmını – sunuyoruz. Daha sonra hücreler, onların yeniden büyümelerine izin verdiği için yeni programı kullanıyor” diyor.
Ancak THETA döngüsü enzimlerini kodlayan 17 genin tamamının aynı anda dahil edilmesi işe yaramaz. Ekip daha sonra genleri üç modül halinde gruplandırdı ve her modülü bir hücre kültürüne uyguladı. Erb, “Petri kaplarındaki büyüme deneylerinde bunun ne kadar iyi çalıştığını görebiliriz” diye açıklıyor. Kelimenin tam anlamıyla hücrelerin çoğalmasını izleyebilirsiniz. Bazen yeni program başlamadan önce bakterilerin mutasyona uğraması gerekiyordu ve hücreler Petri kaplarında hızla yayıldı. Bu yüzden biraz sabır gerekiyordu. Ancak birkaç hafta sonra üç modülün tamamıyla yapılan testler başarılı oldu.
Hedef olarak CO₂ motorlu mikrop
Yeniden programlanan bakterilerin şimdi birbirleriyle birleştirilmesi gerekiyor, böylece CO₂ ile çalışan bir metabolik motora sahip istenen mikrop sonuçta yaratılıyor. Çalışmanın ilk yazarı Shanshan Luo, “Bakterinin CO₂ üzerinde tamamen büyüyebilmesi için tüm döngüyü henüz kapatmayı başaramadık” diye itiraf ediyor. 17 reaksiyonun tamamını bakterinin doğal olarak yüzlerce veya binlerce reaksiyonu içeren doğal metabolizmasıyla senkronize etmek büyük bir zorluktur.
Bu engel aşıldığında Erb, yeni biyosentetik süreçle harika sonuçlara ulaşılabileceğine inanıyor. “Mikroorganizmaların güzel tarafı, fotosentezde olduğu gibi işleyebilmek için mutlaka ışığa ihtiyaç duymamaları. Ayrıca hidrojen veya elektrikle de çalışıyorlar. Böylece tamamen farklı türde bir kimyasal üretim kurulabilir” diyor. Örneğin, CO₂ bazlı endüstriyel kimyasallar kazanlarda seri olarak üretilebilir.
Erb, iklim koruma potansiyelinin de büyük olduğunu vurguluyor. Elbette emisyonların azaltılması, fotovoltaik modüllerin, rüzgar santrallerinin ve elektrik depolama sistemlerinin inşa edilmesi ve emisyonların belirli noktalardan teknik olarak çıkarılması gerekecek. Araştırmacı, “Fakat bu hiçbir zaman bitkiler ve mikroorganizmalarda olduğu kadar işe yaramayacaktır. Eğer sentetik biyolojiyi kullanır ve bunu küresel olarak genişletirseniz, o zaman burada hala birçok insanın farkında bile olmadığı uykuda olan bir devrim vardır” dedi. .
(Ah)
Haberin Sonu
Duyuru
Erb, “Bir tür test tüpü metabolik yazılımı geliştirdik ve bunun bazı kısımlarını bakterilerin metabolik döngüsüne başarıyla dahil etmeyi başardık” diyor. Deney, sentetik biyolojinin işe yaradığının kanıtıdır.
Modeli fotosentez
Fotosentez bir model olarak hizmet etti. Sonuçta bitkiler eski zamanlardan beri havadaki CO₂'yi yakalıyor ve onu nişasta ve şeker gibi daha büyük moleküllere dönüştürüyor. Ancak doğa bu işlem için en verimli motoru kullanmamaktadır. Mikrobiyolog, “Fotosentezin birlikte çalıştığı Rubisco enzimi çok yavaş ve verimsizdir, özellikle de yalnızca CO₂'yi değil aynı zamanda oksijeni de bağladığı için” diyor.
Araştırmacılar daha sonra diğer, daha verimli test tüpü döngülerini test etti ve bunları makine öğrenimi ve laboratuvar otomasyonu kullanarak optimize etti. Mevcut laboratuvar dökümü kazananına THETA döngüsü adı veriliyor. CO₂'yi, yakıt veya plastik üretiminde endüstriyel bir kimyasal olarak kullanılabilen bir asetik asit çeşidi olan asetil koenzim A'ya dönüştürür. Döngü, ekibin bazılarını diğer bakterilerde keşfettiği 17 farklı enzimle çalışıyor. Erb, “Sadece fotosentezden daha hızlı olmakla kalmıyor, aynı zamanda daha az enerji tüketiyor” diye belirtiyor.
Ekip daha sonra test tüpünün verimli döngüsünü uygun arayüzler aracılığıyla bir bakteri hücresinin doğal metabolizmasına entegre etmeyi başardı. Erb, “Hücreden, deyim yerindeyse, kibarca yeni metabolik yazılımımızı çalıştırmasına izin vermesini istememiz gerekiyor. Ve bunun çalışma şekli, öncelikle hücrenin metabolizması için gerçekten ihtiyaç duyduğu bir şeyi hücreden almamızdır” diyor. taktikleri anlatıyorum. Örneğin hücrelerin hayatta kalmak için gerekli olan yağ asitlerini ürettiği tüm yolları engellemek mümkündür. Erb, “Daha sonra, yağ asitlerinin üretiminin yeniden başlamasını sağlayacak şekilde optimize edilmiş metabolizmamızı – veya başlangıçta onun bir kısmını – sunuyoruz. Daha sonra hücreler, onların yeniden büyümelerine izin verdiği için yeni programı kullanıyor” diyor.
Ancak THETA döngüsü enzimlerini kodlayan 17 genin tamamının aynı anda dahil edilmesi işe yaramaz. Ekip daha sonra genleri üç modül halinde gruplandırdı ve her modülü bir hücre kültürüne uyguladı. Erb, “Petri kaplarındaki büyüme deneylerinde bunun ne kadar iyi çalıştığını görebiliriz” diye açıklıyor. Kelimenin tam anlamıyla hücrelerin çoğalmasını izleyebilirsiniz. Bazen yeni program başlamadan önce bakterilerin mutasyona uğraması gerekiyordu ve hücreler Petri kaplarında hızla yayıldı. Bu yüzden biraz sabır gerekiyordu. Ancak birkaç hafta sonra üç modülün tamamıyla yapılan testler başarılı oldu.
Hedef olarak CO₂ motorlu mikrop
Yeniden programlanan bakterilerin şimdi birbirleriyle birleştirilmesi gerekiyor, böylece CO₂ ile çalışan bir metabolik motora sahip istenen mikrop sonuçta yaratılıyor. Çalışmanın ilk yazarı Shanshan Luo, “Bakterinin CO₂ üzerinde tamamen büyüyebilmesi için tüm döngüyü henüz kapatmayı başaramadık” diye itiraf ediyor. 17 reaksiyonun tamamını bakterinin doğal olarak yüzlerce veya binlerce reaksiyonu içeren doğal metabolizmasıyla senkronize etmek büyük bir zorluktur.
Bu engel aşıldığında Erb, yeni biyosentetik süreçle harika sonuçlara ulaşılabileceğine inanıyor. “Mikroorganizmaların güzel tarafı, fotosentezde olduğu gibi işleyebilmek için mutlaka ışığa ihtiyaç duymamaları. Ayrıca hidrojen veya elektrikle de çalışıyorlar. Böylece tamamen farklı türde bir kimyasal üretim kurulabilir” diyor. Örneğin, CO₂ bazlı endüstriyel kimyasallar kazanlarda seri olarak üretilebilir.
Erb, iklim koruma potansiyelinin de büyük olduğunu vurguluyor. Elbette emisyonların azaltılması, fotovoltaik modüllerin, rüzgar santrallerinin ve elektrik depolama sistemlerinin inşa edilmesi ve emisyonların belirli noktalardan teknik olarak çıkarılması gerekecek. Araştırmacı, “Fakat bu hiçbir zaman bitkiler ve mikroorganizmalarda olduğu kadar işe yaramayacaktır. Eğer sentetik biyolojiyi kullanır ve bunu küresel olarak genişletirseniz, o zaman burada hala birçok insanın farkında bile olmadığı uykuda olan bir devrim vardır” dedi. .
(Ah)
Haberin Sonu