11 місяців тому 961 Перегляди

стійка

Кредити зображення: Бактерії.

Бактерії в лабораторії професора Рона Міло в Інституті наук Вейцмана не тільки відмовились від цукру, вони також перестали вживати всю свою звичайну тверду їжу, живучи за рахунок вуглекислого газу (СО2) у своєму середовищі.

Тобто вони змогли створити всю свою біомасу з повітря.

Про цей подвиг, який вимагав майже десятиліття раціонального проектування, генної інженерії та прискореної еволюції в лабораторії, було повідомлено цього тижня у Cell.

Отримані дані вказують на засоби розробки вуглецево нейтральних видів палива в майбутньому.

Дослідження розпочали з виявлення основних генів процесу фіксації вуглецю: спосіб, яким рослини беруть вуглець із СО2, щоб перетворити його в біологічні молекули, такі як білки, ДНК тощо.

Дослідницька група додала і переставила необхідні гени.

Вони виявили, що багато "частин" механізмів, які вже були в геномі бактерій, можна використовувати як є.

Вони також вставили ген, який дозволив бактеріям отримувати енергію з легкодоступної речовини, званої форматом, яка може вироблятися безпосередньо з електрики та повітря і яка готова "доставити" електрони бактеріям.

Тільки надання бактеріям «засобів виробництва» було недостатньо для того, щоб змінити ситуацію.

Потрібно було використати ще одну хитрість, щоб бактерії використовували цю техніку належним чином, і це передбачало делікатний баланс.

Разом з Рої Бен-Нісан, Інон Бар-Он та іншими членами команди Міло з Інституту рослинництва та природокористування Глейзер використовував звичну техніку: еволюція в лабораторії.

По суті, бактерії поступово позбавлялися цукру, який вони звикли споживати.

На кожному етапі культивованим бактеріям давали лише таку кількість цукру, яка необхідна, щоб уникнути голоду, а також велику кількість СО2 та формуту.

Деякі «навчилися» розвивати смак до СО2 (що дало їм еволюційну перевагу перед тими, хто залишався з цукром), а їх нащадків годували все менше і менше цукру, поки приблизно через рік після адаптації до нової дієти деякі зрештою не були повністю змінився, живучи і розмножуючись у середовищі, яке забезпечувало лише чистий СО2.

Щоб перевірити, чи бактерії якимось чином не «перекушували» іншими поживними речовинами, деякі еволюціоновані кишкові палички годували CO2, що містив важкий ізотоп: C13.

Потім бактеріальні частини тіла зважували і набирали вагу порівнювали з масою, яку вони набрали б, споживаючи більш важку версію вуглецю.

Аналіз показав, що атоми вуглецю в організмах бактерій добували безпосередньо лише з CO2.

Дослідницька група поставила за мету охарактеризувати нещодавно розвинуті бактерії.

Які зміни були принциповими для адаптації до цієї нової дієти?

Хоча деякі генетичні зміни, які вони виявили, могли бути пов'язані з переживанням голоду, інші, схоже, регулюють терміни кроків для створення будівельних блоків через накопичення СО2.

"Клітина повинна знайти баланс між токсичною перевантаженістю та банкрутством", - говорить Бар-Он.

Однак інші зміни, зазначені командою, пов'язані з транскрипцією - яка регулює, як вмикаються чи вимикаються існуючі гени.

"Ми сподіваємось, що додаткові дослідження виявлять, як саме ці гени скоригували свою діяльність", - говорить Бен-Нісан.

Дослідники вважають, що нове "здорове хобі" бактерій врешті-решт може бути здоровим для планети.

Майло зазначає, що сьогодні біотехнологічні компанії використовують культури клітин для виробництва комерційних хімікатів.

Ці клітини, дріжджі або бактерії можуть бути спонукані жити на дієті CO2 і відновлюваної електроенергії, таким чином позбавляючись величезної кількості кукурудзяного сиропу, яким вони живуть сьогодні.

Бактерії можуть більше адаптуватися, так що замість того, щоб забирати енергію з такої речовини, як форміат, вони можуть отримувати її безпосередньо, наприклад, з електронів у сонячному колекторі, а потім зберігати цю енергію, щоб використовувати її згодом як паливо у вигляді фіксованого вуглецю до ваших клітин.

Таке паливо було б нейтральним до вуглецю, якби його джерелом вуглецю був атмосферний CO2.

"Наша лабораторія першою працювала над ідеєю зміни раціону нормального гетеротрофа (який споживає органічні речовини), щоб перетворити його на автотроф (який живе в повітрі)", - говорить Міло.

“Спочатку це здавалося неможливим, але по дорозі він дав нам багато уроків, і врешті-решт ми показали, що це можна зробити. Наші висновки є важливою віхою в нашій меті щодо досягнення ефективних та стійких наукових програм ".

У майбутньому ці бактерії можуть внести свій внесок у нові вуглецево-ефективні технології.

І нарешті, якщо бактерії можуть перестати їсти цукор, можливо, ми теж можемо розпочати дієту з більшим ентузіазмом 🙂