Учени създадоха система за превръщане на отпадъчен въглероден диоксид в полезни химикали
Постигайки пробив, пораждащ природата, експерти по синтетична биология от Съединени американски щати са основали нов неестествен метаболизъм, който трансформира отпадъчния въглероден диоксид (CO2) в потребни биологични градивни детайли, написа Юрикалърт.
Авторите на проучването от Северозападния университет и Станфордския университет са съумели да основат ензими, извършващи метаболитни реакции, които не съществуват в природата.
Учените изясняват в обява в сп. Nature Chemical Engineering., че основаната от тях биологична система може да преобразува формиат - елементарна течна молекула, елементарно създавана от въглеродния диоксид, в ацетил-CoA (ацетил-коензим А), повсеместен метаболит, употребен от всички живи кафези.
Като доказателство за концепцията експертите са употребявали същата система, с цел да преобразуват ацетил-CoA в малат - химикал с комерсиална стойност, употребен в храни, козметика и биоразградими пластмаси.
За разлика от естествените метаболитни пътища, новата система е напълно синтетична и действа отвън живите кафези. Инженерите са основали системата, наречена Reductive Formate Pathway (ReForm), от модифицирани ензими, които правят метаболитни реакции, невиждани до момента в природата.
Изследването бележи забележителен прогрес в синтетичната биология и преработването на въглерод, откривайки нови пътища за създаването на устойчиви, въглеродно неутрални горива и материали.
" Непрекъснатото обособяване на въглероден диоксид е изправило човечеството пред редица наложителни обществени и стопански провокации ", споделя съавторът на проучването Ашти Карим от Северозападния университет.
" Ако желаеме да се оправим с това световно предизвикателство, се нуждаем от нови способи за произвеждане на артикули с негативен въглероден отпечатък. Въпреки че природата е развила няколко пътя за метаболизиране на въглеродния диоксид, тя не е в положение да се оправи с бързото увеличение на количеството му в атмосферата ", добавя ученият.
Вдъхновени от природата, откривателите са се пробвали да употребяват биологични ензими, с цел да трансфорат формиат, получен от въглероден диоксид, в по-ценни материали. Тъй като в природата няма ензими, които да могат да създадат това, учените са решили да основат такива.
" Системата ReForm може елементарно да употребява разнообразни източници на въглерод, в това число формиат, формалдехид и метанол ", споделя съавторът на проучването Майкъл Джует от Станфордския университет.
Докато откривателите търсят решения, които да оказват помощ в битката с все по-затоплящата се атмосфера, доста от тях се пробват да преработват уловения въглероден диоксид в скъпи химикали. Тъй като е елементарен за произвеждане от електричество и вода, формиатът се обрисува като обещаваща насочна точка. След това биологичните системи могат да правят нужната работа за превръщането му в потребни материали.
За страдание обаче живите кафези се затрудняват да употребяват формиата дейно. Само някои редки микроорганизми могат да го усвояват по натурален път, а те са сложни за модифициране за произвеждане в огромен мащаб.
" Клетките по натурален път употребяват метаболитни реакции, с цел да трансформират едно химично вещество в друго. В природата обаче нищо не може да трансформира формиата в ацетил-КоА. Съществуват някои ензими, които могат да работят върху формата, само че те не могат да го трансфорат в нещо потребно. Затова започнахме с научен дизайн на метаболитния път и нуждата от ензими с функционалности, които не съществуват в природата ", изяснява Карим.
Преди да основат метаболитния път, откривателите са имали потребност от ензими, които да могат да правят тези неестествени реакции. За бързо приемане и тестване на огромен брой ензимни разновидности, екипът се е обърнал към безклетъчната синтетична биология. При този метод учените всъщност отстраняват клетъчната стена, събират молекулярния механизъм (ензими, кофактори и дребни молекули) и слагат всичко в епруветка.
Изследователите по-късно те могат да употребяват този механизъм отвън живия организъм, с цел да създават избран артикул по безвреден, на ниска цена и бърз метод.
" Това е като да отвориш капака на кола и да извадиш мотора. След това можеш да използваш този мотор за разнообразни цели, без рестриктивните мерки на колата ", изяснява Джует.
Използването на безклетъчна система е разрешило на екипа бързо да прегледа 66 ензима и повече от 3000 ензимни разновидността, с цел да откри тези, които работят най-добре. Процесът се е оказал доста по-бърз и по-гъвкав от потреблението на живи кафези, което би било постепенно и трудоемко.
Безклетъчната среда е разрешила на учените да тестват хиляди ензими седмично. Чрез този развой те са основали пет разнообразни ензима. В последна сметка, посредством поредност от реакции, формиатът сполучливо е бил трансфорат в ацетил-КоА.
Подобно на ензимните проби, цялата система работи отвън живите кафези. Това значи, че екипът може да управлява с акуратност концентрациите на ензимите, кофакторите и изискванията - нещо, което е съвсем невероятно да се реализира в жив организъм.
След като са основали системата, учените са я употребявали, с цел да трансфорат ацетил-CoA в малат.
" Можем да си представим, че използваме инструментите, които сме създали, с цел да проектираме всевъзможни нови ензими и пътища. Това ни дава вяра за бъдеще, в което можем да комбинираме голям брой технологии- както биологични, по този начин и небиологични, по неповторими способи, с цел да намираме нови решения ", споделят откривателите.
Авторите на проучването от Северозападния университет и Станфордския университет са съумели да основат ензими, извършващи метаболитни реакции, които не съществуват в природата.
Учените изясняват в обява в сп. Nature Chemical Engineering., че основаната от тях биологична система може да преобразува формиат - елементарна течна молекула, елементарно създавана от въглеродния диоксид, в ацетил-CoA (ацетил-коензим А), повсеместен метаболит, употребен от всички живи кафези.
Като доказателство за концепцията експертите са употребявали същата система, с цел да преобразуват ацетил-CoA в малат - химикал с комерсиална стойност, употребен в храни, козметика и биоразградими пластмаси.
За разлика от естествените метаболитни пътища, новата система е напълно синтетична и действа отвън живите кафези. Инженерите са основали системата, наречена Reductive Formate Pathway (ReForm), от модифицирани ензими, които правят метаболитни реакции, невиждани до момента в природата.
Изследването бележи забележителен прогрес в синтетичната биология и преработването на въглерод, откривайки нови пътища за създаването на устойчиви, въглеродно неутрални горива и материали.
" Непрекъснатото обособяване на въглероден диоксид е изправило човечеството пред редица наложителни обществени и стопански провокации ", споделя съавторът на проучването Ашти Карим от Северозападния университет.
" Ако желаеме да се оправим с това световно предизвикателство, се нуждаем от нови способи за произвеждане на артикули с негативен въглероден отпечатък. Въпреки че природата е развила няколко пътя за метаболизиране на въглеродния диоксид, тя не е в положение да се оправи с бързото увеличение на количеството му в атмосферата ", добавя ученият.
Вдъхновени от природата, откривателите са се пробвали да употребяват биологични ензими, с цел да трансфорат формиат, получен от въглероден диоксид, в по-ценни материали. Тъй като в природата няма ензими, които да могат да създадат това, учените са решили да основат такива.
" Системата ReForm може елементарно да употребява разнообразни източници на въглерод, в това число формиат, формалдехид и метанол ", споделя съавторът на проучването Майкъл Джует от Станфордския университет.
Докато откривателите търсят решения, които да оказват помощ в битката с все по-затоплящата се атмосфера, доста от тях се пробват да преработват уловения въглероден диоксид в скъпи химикали. Тъй като е елементарен за произвеждане от електричество и вода, формиатът се обрисува като обещаваща насочна точка. След това биологичните системи могат да правят нужната работа за превръщането му в потребни материали.
За страдание обаче живите кафези се затрудняват да употребяват формиата дейно. Само някои редки микроорганизми могат да го усвояват по натурален път, а те са сложни за модифициране за произвеждане в огромен мащаб.
" Клетките по натурален път употребяват метаболитни реакции, с цел да трансформират едно химично вещество в друго. В природата обаче нищо не може да трансформира формиата в ацетил-КоА. Съществуват някои ензими, които могат да работят върху формата, само че те не могат да го трансфорат в нещо потребно. Затова започнахме с научен дизайн на метаболитния път и нуждата от ензими с функционалности, които не съществуват в природата ", изяснява Карим.
Преди да основат метаболитния път, откривателите са имали потребност от ензими, които да могат да правят тези неестествени реакции. За бързо приемане и тестване на огромен брой ензимни разновидности, екипът се е обърнал към безклетъчната синтетична биология. При този метод учените всъщност отстраняват клетъчната стена, събират молекулярния механизъм (ензими, кофактори и дребни молекули) и слагат всичко в епруветка.
Изследователите по-късно те могат да употребяват този механизъм отвън живия организъм, с цел да създават избран артикул по безвреден, на ниска цена и бърз метод.
" Това е като да отвориш капака на кола и да извадиш мотора. След това можеш да използваш този мотор за разнообразни цели, без рестриктивните мерки на колата ", изяснява Джует.
Използването на безклетъчна система е разрешило на екипа бързо да прегледа 66 ензима и повече от 3000 ензимни разновидността, с цел да откри тези, които работят най-добре. Процесът се е оказал доста по-бърз и по-гъвкав от потреблението на живи кафези, което би било постепенно и трудоемко.
Безклетъчната среда е разрешила на учените да тестват хиляди ензими седмично. Чрез този развой те са основали пет разнообразни ензима. В последна сметка, посредством поредност от реакции, формиатът сполучливо е бил трансфорат в ацетил-КоА.
Подобно на ензимните проби, цялата система работи отвън живите кафези. Това значи, че екипът може да управлява с акуратност концентрациите на ензимите, кофакторите и изискванията - нещо, което е съвсем невероятно да се реализира в жив организъм.
След като са основали системата, учените са я употребявали, с цел да трансфорат ацетил-CoA в малат.
" Можем да си представим, че използваме инструментите, които сме създали, с цел да проектираме всевъзможни нови ензими и пътища. Това ни дава вяра за бъдеще, в което можем да комбинираме голям брой технологии- както биологични, по този начин и небиологични, по неповторими способи, с цел да намираме нови решения ", споделят откривателите.
Източник: bta.bg
КОМЕНТАРИ