Formate tiasa ditingali salaku tulang tonggong bioékonomi nétral karbon, anu dihasilkeun tina CO2 nganggo metode (éléktro)kimia sareng dirobih janten produk nilai tambah nganggo kaskade énzimatik atanapi mikroorganisme anu direkayasa. Léngkah penting dina ngalegaan asimilasi formate sintétis nyaéta réduksi formaldehida anu rumit sacara termodinamika, anu di dieu némbongan salaku parobahan warna konéng. Kiridit: Institute of Terestrial Microbiology Max Planck/Geisel.
Para élmuwan di Max Planck Institute parantos nyiptakeun jalur métabolik sintétis anu ngarobah karbon dioksida jadi formaldehida kalayan bantosan asam format, anu nawiskeun cara nétral karbon pikeun ngahasilkeun bahan anu berharga.
Jalur anabolik anyar pikeun fiksasi karbon dioksida henteu ngan ukur ngabantosan ngirangan tingkat karbon dioksida di atmosfir, tapi ogé tiasa ngagentos produksi kimia tradisional farmasi sareng bahan aktif ku prosés biologis nétral karbon. Panalungtikan anyar nunjukkeun prosés dimana asam format tiasa dianggo pikeun ngarobih karbon dioksida janten bahan anu berharga pikeun industri biokimia.
Kusabab ningkatna émisi gas rumah kaca, panyerepan karbon atanapi panyerepan karbon dioksida tina sumber émisi anu ageung mangrupikeun masalah anu penting. Di alam, asimilasi karbon dioksida parantos lumangsung salami jutaan taun, tapi kakuatanana masih jauh tina cekap pikeun ngimbangan émisi antropogenik.
Para panalungtik anu dipingpin ku Tobias Erb ti Institut Mikrobiologi Terestrial. Max Planck nganggo alat-alat alami pikeun ngembangkeun metode anyar pikeun ngalereskeun karbon dioksida. Ayeuna aranjeunna parantos hasil ngembangkeun jalur métabolik jieunan anu ngahasilkeun formaldehida anu réaktif pisan tina asam format, anu kamungkinan janten perantara dina fotosintésis jieunan. Formaldehida tiasa langsung lebet kana sababaraha jalur métabolik pikeun ngabentuk zat berharga anu sanés tanpa aya pangaruh toksik. Sapertos prosés alami, dua bahan utama diperyogikeun: énergi sareng karbon. Anu kahiji tiasa disayogikeun henteu ngan ukur ku sinar panonpoé langsung, tapi ogé ku listrik - contona, modul surya.
Dina ranté nilai, sumber karbon téh rupa-rupa. Karbon dioksida lain hiji-hijina pilihan di dieu, urang keur ngobrolkeun ngeunaan sadaya sanyawa karbon individu (blok wangunan C1): karbon monoksida, asam format, formaldehida, metanol sareng metana. Nanging, ampir sadaya zat ieu toksik pisan, boh pikeun organisme hirup (karbon monoksida, formaldehida, metanol) sareng pikeun planét (metana salaku gas rumah kaca). Ngan saatos asam format dinetralkeun kana format dasarna, seueur mikroorganisme anu tiasa nahan konsentrasi anu luhur.
"Asam format mangrupikeun sumber karbon anu ngajangjikeun pisan," saur Maren Nattermann, panulis munggaran panilitian ieu. "Tapi ngarobihna janten formaldehida in vitro peryogi énergi anu intensif pisan." Ieu kusabab format, uyah format, henteu gampang dirobih janten formaldehida. "Aya panghalang kimia anu serius antara dua molekul ieu, sareng sateuacan urang tiasa ngalaksanakeun réaksi anu nyata, urang kedah ngungkulan éta ku bantosan énergi biokimia - ATP."
Tujuan para panalungtik nyaéta pikeun mendakan cara anu langkung ekonomis. Sabab, beuki saeutik énergi anu diperyogikeun pikeun ngasupkeun karbon kana métabolisme, beuki seueur énergi anu tiasa dianggo pikeun ngarangsang kamekaran atanapi produksi. Tapi teu aya cara sapertos kitu di alam. "Panemuan anu disebut énzim hibrida kalayan sababaraha fungsi meryogikeun kreativitas," saur Tobias Erb. "Nanging, panemuan calon énzim ngan ukur awalna. Urang ngobrolkeun réaksi anu tiasa diitung babarengan sabab laun pisan — dina sababaraha kasus, aya kirang ti hiji réaksi per detik per énzim. Réaksi alami tiasa lumangsung dina laju anu sarébu kali langkung gancang." Di dieu biokimia sintétis asup, saur Maren Nattermann: "Upami anjeun terang struktur sareng mékanisme énzim, anjeun terang dimana kedah campur tangan. Éta parantos seueur mangpaatna."
Optimasi énzim ngalibatkeun sababaraha pendekatan: pertukaran blok wangunan khusus, generasi mutasi acak, sareng pamilihan kapasitas. "Duanana format sareng formaldehida cocog pisan sabab tiasa nembus témbok sél. Urang tiasa nambihan format kana média kultur sél, anu ngahasilkeun énzim anu ngarobih formaldehida anu dihasilkeun janten pewarna konéng anu henteu toksik saatos sababaraha jam," saur Maren. Nattermann ngajelaskeun.
Hasil dina waktos anu singget sapertos kitu moal mungkin kahontal tanpa panggunaan metode throughput anu luhur. Pikeun ngalakukeun ieu, para panaliti damel bareng sareng mitra industri Festo di Esslingen, Jerman. "Saatos sakitar 4.000 variasi, kami ningkatkeun hasil opat kali lipat," saur Maren Nattermann. "Ku kituna, kami parantos nyiptakeun dasar pikeun kamekaran mikroorganisme modél E. coli, kuda kerja mikroba biotéhnologi, dina asam format. Nanging, ayeuna, sél urang ngan ukur tiasa ngahasilkeun formaldehida sareng henteu tiasa ngarobih deui."
Dikolaborasikeun sareng kolaboratorna Sebastian Wink ti Institute of Plant Molecular Physiology. Para panalungtik Max Planck ayeuna nuju ngembangkeun galur anu tiasa nyerep zat antara sareng ngenalkeun kana métabolisme pusat. Dina waktos anu sami, tim ieu nuju ngalaksanakeun panalungtikan ngeunaan konvérsi éléktrokimia karbon dioksida janten asam format sareng kelompok kerja di Institute of Chemical Energy Conversion. Max Planck dina arahan Walter Leitner. Tujuan jangka panjangna nyaéta "platform hiji ukuran pikeun sadayana" tina karbon dioksida anu dihasilkeun ku prosés éléktrobiokimia janten produk sapertos insulin atanapi biodiesel.
Réferénsi: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Pamekaran kaskade anyar pikeun konvérsi format anu gumantung kana fosfat jadi formaldehida in vitro sareng in vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, sareng Tobias J. Erb, 9 Méi 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Tempat pikeun warta téknologi pangsaéna ti saprak 1998. Tetep apdet sareng warta téknologi pangénggalna via email atanapi média sosial. > Ringkesan email kalayan langganan gratis
Para panalungtik di Cold Spring Harbor Laboratories mendakan yén SRSF1, protéin anu ngatur panyambungan RNA, ningkat dina pankréas.