Formati mund të shihet si shtylla kurrizore e një bioekonomie neutrale ndaj karbonit, i prodhuar nga CO2 duke përdorur metoda (elektro)kimike dhe i shndërruar në produkte me vlerë të shtuar duke përdorur kaskada enzimatike ose mikroorganizma të projektuar. Një hap i rëndësishëm në zgjerimin e asimilimit të formatit sintetik është reduktimi termodinamikisht kompleks i formaldehidit, i cili këtu shfaqet si një ndryshim i ngjyrës së verdhë. Kredia: Instituti i Mikrobiologjisë Tokësore Max Planck/Geisel.
Shkencëtarët në Institutin Max Planck kanë krijuar një rrugë metabolike sintetike që shndërron dioksidin e karbonit në formaldehid me ndihmën e acidit formik, duke ofruar një mënyrë neutrale ndaj karbonit për të prodhuar materiale të vlefshme.
Rrugët e reja anabolike për fiksimin e dioksidit të karbonit jo vetëm që ndihmojnë në uljen e niveleve të dioksidit të karbonit në atmosferë, por gjithashtu mund të zëvendësojnë prodhimin tradicional kimik të produkteve farmaceutike dhe përbërësve aktivë me procese biologjike neutrale ndaj karbonit. Hulumtimet e reja tregojnë një proces me anë të të cilit acidi formik mund të përdoret për të shndërruar dioksidin e karbonit në një material të vlefshëm për industrinë biokimike.
Duke pasur parasysh rritjen e emetimeve të gazrave serrë, sekuestrimi i karbonit ose sekuestrimi i dioksidit të karbonit nga burimet e mëdha të emetimeve është një çështje urgjente. Në natyrë, asimilimi i dioksidit të karbonit ka vazhduar për miliona vjet, por fuqia e tij është larg të qenit e mjaftueshme për të kompensuar emetimet antropogjene.
Studiuesit e udhëhequr nga Tobias Erb i Institutit të Mikrobiologjisë Tokësore. Max Planck përdorin mjete natyrore për të zhvilluar metoda të reja për fiksimin e dioksidit të karbonit. Ata tani kanë arritur të zhvillojnë një rrugë metabolike artificiale që prodhon formaldehid shumë reaktiv nga acidi formik, një ndërmjetës i mundshëm në fotosintezën artificiale. Formaldehidi mund të hyjë drejtpërdrejt në disa rrugë metabolike për të formuar substanca të tjera të vlefshme pa asnjë efekt toksik. Ashtu si me një proces natyror, kërkohen dy përbërës kryesorë: energjia dhe karboni. I pari mund të sigurohet jo vetëm nga rrezet e diellit direkte, por edhe nga energjia elektrike - për shembull, modulet diellore.
Në zinxhirin e vlerës, burimet e karbonit janë të ndryshueshme. Dioksidi i karbonit nuk është i vetmi opsion këtu, po flasim për të gjitha përbërjet individuale të karbonit (blloqet ndërtuese C1): monoksidi i karbonit, acidi formik, formaldehidi, metanoli dhe metani. Megjithatë, pothuajse të gjitha këto substanca janë shumë toksike, si për organizmat e gjallë (monoksidi i karbonit, formaldehidi, metanoli) ashtu edhe për planetin (metani si gaz serrë). Vetëm pasi acidi formik të jetë neutralizuar në formatin e tij bazik, shumë mikroorganizma tolerojnë përqendrime të larta të tij.
“Acidi formik është një burim shumë premtues i karbonit”, thekson Maren Nattermann, autorja e parë e studimit. “Por shndërrimi i tij në formaldehid in vitro kërkon shumë energji.” Kjo ndodh sepse formati, kripa e formatit, nuk shndërrohet lehtësisht në formaldehid. “Ekziston një barrierë serioze kimike midis këtyre dy molekulave dhe, përpara se të kryejmë një reaksion të vërtetë, duhet ta kapërcejmë atë me ndihmën e energjisë biokimike – ATP.”
Qëllimi i studiuesve ishte të gjenin një mënyrë më ekonomike. Në fund të fundit, sa më pak energji të kërkohet për të ushqyer metabolizmin me karbon, aq më shumë energji mund të përdoret për të stimuluar rritjen ose prodhimin. Por nuk ka një mënyrë të tillë në natyrë. "Zbulimi i të ashtuquajturave enzima hibride me funksione të shumëfishta kërkoi njëfarë kreativiteti", thotë Tobias Erb. "Megjithatë, zbulimi i enzimave kandidate është vetëm fillimi. Po flasim për reaksione që mund të numërohen së bashku sepse janë shumë të ngadalta - në disa raste, ka më pak se një reaksion në sekondë për enzimë. Reaksionet natyrore mund të vazhdojnë me një shpejtësi që është një mijë herë më e shpejtë." Këtu hyn në lojë biokimia sintetike, thotë Maren Nattermann: "Nëse e dini strukturën dhe mekanizmin e një enzime, e dini ku të ndërhyni. Ka qenë me shumë dobi."
Optimizimi i enzimave përfshin disa qasje: shkëmbim të specializuar të blloqeve ndërtuese, gjenerim të rastësishëm të mutacioneve dhe përzgjedhje të kapacitetit. "Si formati ashtu edhe formaldehidi janë shumë të përshtatshëm sepse mund të depërtojnë në muret qelizore. Ne mund të shtojmë format në mjedisin e kulturës qelizore, i cili prodhon një enzimë që e kthen formaldehidin që rezulton në një ngjyrues të verdhë jo-toksik pas disa orësh", tha Maren. Shpjegoi Nattermann.
Rezultatet në një periudhë kaq të shkurtër kohore nuk do të kishin qenë të mundura pa përdorimin e metodave me rendiment të lartë. Për ta bërë këtë, studiuesit bashkëpunuan me partnerin industrial Festo në Esslingen të Gjermanisë. "Pas rreth 4,000 variacioneve, ne e katërfishuam rendimentin tonë", thotë Maren Nattermann. "Kështu, ne kemi krijuar bazën për rritjen e mikroorganizmit model E. coli, "kalit të punës mikrobike" të bioteknologjisë, në acid formik. Megjithatë, për momentin, qelizat tona mund të prodhojnë vetëm formaldehid dhe nuk mund të transformohen më tej."
Në bashkëpunim me bashkëpunëtorin e tij Sebastian Wink nga Instituti i Fiziologjisë Molekulare të Bimëve. Studiuesit e Max Planck po zhvillojnë aktualisht një lloj që mund të thithë ndërmjetës dhe t'i fusë ato në metabolizmin qendror. Në të njëjtën kohë, ekipi po kryen kërkime mbi shndërrimin elektrokimik të dioksidit të karbonit në acid formik me një grup pune në Institutin e Shndërrimit të Energjisë Kimike. Max Planck nën drejtimin e Walter Leitner. Qëllimi afatgjatë është një "platformë e përshtatshme për të gjithë" nga dioksidi i karbonit i prodhuar nga proceset elektrobiokimike në produkte të tilla si insulina ose biodizel.
Referenca: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Zhvillimi i një kaskade të re për shndërrimin e formatit të varur nga fosfati në formaldehid in vitro dhe in vivo”, Lennart Nickel., Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez dhe Tobias J. Erb, 9 maj 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Shtëpia e lajmeve më të mira teknologjike që nga viti 1998. Qëndroni të azhurnuar me lajmet më të fundit teknologjike përmes emailit ose mediave sociale. > Përmbledhje me email me abonim falas
Studiuesit në Laboratorët Cold Spring Harbor zbuluan se SRSF1, një proteinë që rregullon bashkimin e ARN-së, është e rregulluar në pankreas.