Ученые из Института Макса Планка разработали синтетический путь, который может улавливать CO2 из воздуха более эффективно, чем в природе, и показали, как внедрить его в живые бактерии. Эта технология может помочь экологически безопасно производить биотопливо и другие продукты.
Растения известны своей способностью преобразовывать углекислый газ из воздуха в химическую энергию, необходимую для их роста. Учитывая, что в атмосфере уже слишком много CO2 и каждый день выбрасывается в атмосферу еще больше, неудивительно, что ученые обращаются к этому естественному процессу, чтобы помочь восстановить уровень CO2, одновременно производя топливо и другие полезные молекулы.
<р>В новом исследовании ученые Макса Планка разработали совершенно новый путь фиксации CO2, который работает даже лучше, чем проверенный метод природы. Они называют это циклом ТЭТА, и в нем используются 17 различных биокатализаторов для производства молекулы под названием ацетил-КоА, которая является ключевым строительным блоком в ряде видов биотоплива, материалов и фармацевтических препаратов.
Цикл построен вокруг двух самых быстрых известных ферментов, связывающих CO2, — кротонил-КоА-карбоксилазы/редуктазы и фосфоенолпируваткарбоксилазы (для тех, кто играет дома), которые были выделены из бактерий. Несмотря на то, что каждый из них по отдельности улавливает CO2 более чем в 10 раз быстрее, чем используют первичные ферменты растений, эволюция, похоже, еще не соединила их в пары естественным путем. Поэтому ученые сделали это вместо этого.
Сначала команда сконструировала цикл ТЭТА в пробирках, чтобы подтвердить его функциональность: захват двух молекул CO2 из воздуха и преобразование их в одну молекулу ацетил-КоА. Затем исследователи оптимизировали его в ходе нескольких раундов экспериментов, чтобы повысить урожайность в 100 раз. Наконец, они приступили к включению этого цикла в живые клетки, а именно в кишечную палочку.
17-этапный процесс в настоящее время слишком сложен для того, чтобы с ним могла справиться одна клетка, поэтому команда разделила его на три модуля и включила их в E. coli. И действительно, каждый модуль работал так, как хотелось. Следующим шагом будет объединение всего этого в одно целое, но для этого потребуется синхронизировать каждый шаг с естественным метаболизмом кишечной палочки.
Однако эта веха по-прежнему важна, говорят ученые. Эту технику можно адаптировать, чтобы дать микробам команду производить целый ряд ценных соединений.
«Особенностью этого цикла является то, что он содержит несколько промежуточных продуктов, которые служат центральными метаболитами в метаболизме бактерий», — сказал Шаньшань. Луо, ведущий автор исследования. «Это дублирование дает возможность разработать модульный подход к его реализации. Наш цикл потенциально может стать универсальной платформой для производства ценных соединений непосредственно из CO2 за счет расширения его выходной молекулы, ацетил-КоА».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Catalysis.
