محققان باکتری هایی را در آزمایشگاه مهندسی کرده اند تا از متانول به طور موثر استفاده کنند.

متابولیسم این باکتری ها اکنون می تواند برای تولید محصولات ارزشمندی که در حال حاضر توسط صنایع شیمیایی از سوخت های فسیلی تولید می شود، استفاده شود.

برای تولید انواع مواد شیمیایی مانند پلاستیک هارنگها یا طعم دهنده های مصنوعی، صنایع شیمیایی در حال حاضر به شدت به منابع فسیلی مانند نفت خام متکی است.

جولیا وورهولت، استاد مؤسسه میکروبیولوژی در ETH زوریخ می‌گوید: «در سطح جهان، سالانه 500 میلیون تن یا بیش از یک میلیون تن در روز مصرف می‌کند. «از آنجا که این دگرگونی های شیمیایی انرژی بر هستند، حقیقت این است ردپای CO2 صنعت شیمیایی حتی 6 تا 10 برابر بیشتر است که حدود 5 درصد از کل انتشار جهانی را تشکیل می دهد.

او و تیمش به دنبال راه هایی برای کاهش وابستگی صنایع شیمیایی به سوخت های فسیلی هستند.

باکتری متانول خوار معروف به متیلوتروف ها، در مرکز این تلاش ها قرار دارند. متانول که تنها حاوی یک اتم کربن است، یکی از ساده ترین مولکول های آلی است و می تواند از گاز گلخانه ای دی اکسید کربن و آب سنتز شود. اگر انرژی این واکنش همجوشی از منابع تجدیدپذیر تامین شود، متانول “سبز” نامیده می شود.

مایکل ریتر، عضو فوق دکتری در گروه تحقیقاتی ورهولت، که در عوض با باکتری مدلی که از نظر بیوتکنولوژی به خوبی درک شده است، می‌گوید: «متیلوتروف‌های طبیعی وجود دارند، اما استفاده صنعتی از آنها با وجود تلاش‌های تحقیقاتی قابل توجه همچنان دشوار است. E. coli. تیم Vorholt ایده تجهیز یک باکتری مدلی را که روی شکر رشد می کند با توانایی متابولیسم متانول در طی چندین سال دنبال کرد.

وورهولت می گوید: «این یک چالش بزرگ است زیرا نیاز به بازسازی کامل متابولیسم سلولی دارد. محققان در ابتدا این تغییر را با استفاده از مدل های کامپیوتری شبیه سازی کردند. بر اساس این شبیه سازی ها، آنها دو ژن را برای حذف و سه ژن جدید را برای معرفی انتخاب کردند.

“در نتیجه، باکتری ها می توانند کنترل شوند متانولرایتر می گوید، اگر فقط در مقادیر کم باشد.

آنها بیش از یک سال به رشد باکتری ها در شرایط خاص در آزمایشگاه ادامه دادند تا اینکه میکروب ها توانستند تمام اجزای سلولی را از متانول تولید کنند. در طول 1000 نسل دیگر، این متیلوتروف های مصنوعی به طور فزاینده ای کارآمد شدند و در نهایت با تغذیه فقط با متانول، اندازه آنها هر چهار ساعت دو برابر شد.

وورهولت می گوید: «نرخ رشد بهبود یافته باکتری ها را از نظر اقتصادی جالب می کند.

همانطور که تیم Vorholt در مقاله اخیر منتشر شده خود توضیح می دهد، چندین جهش به طور تصادفی مسئول افزایش کارایی استفاده از متانول هستند. بیشتر این جهش ها منجر به از دست دادن عملکرد ژن های مختلف می شود. این در نگاه اول شگفت‌انگیز است، اما با بررسی دقیق‌تر مشخص می‌شود که سلول‌ها می‌توانند انرژی را به لطف از دست دادن عملکرد ژن حفظ کنند. برای مثال، برخی جهش‌ها باعث می‌شوند که واکنش‌های معکوس واکنش‌های مهم بیوشیمیایی با شکست مواجه شوند.

محققان نوشتند: «این تبدیل‌های شیمیایی اضافی را حذف می‌کند و شار متابولیک در سلول‌ها را بهینه می‌کند.

برای کشف پتانسیل متیلوتروف های مصنوعی برای تولید بیوتکنولوژیک مواد شیمیایی حجیم صنعتی، Vorholt و تیمش باکتری ها را با ژن های اضافی برای چهار مسیر مختلف بیوسنتزی مجهز کردند. در مطالعه خود، آنها اکنون نشان می دهند که باکتری ها واقعاً در همه موارد ترکیبات مورد نظر را تولید کرده اند.

برای محققان، این شواهد روشنی است که نشان می‌دهد باکتری‌های مهندسی‌شده آن‌ها می‌توانند آنچه را که در ابتدا وعده داده بودند، برآورده کنند: میکروب‌ها نوعی پلت‌فرم تولیدی بسیار انعطاف‌پذیر هستند که می‌توان ماژول‌های بیوسنتز را بر اساس اصل «plug-and-play» وارد کرد باکتری ها متانول را به مواد بیوشیمیایی مورد نظر تبدیل می کنند.

با این حال، محققان هنوز باید به طور قابل توجهی عملکرد و بهره وری را افزایش دهند تا امکان استفاده اقتصادی از باکتری را فراهم کنند. وارهولت می‌گوید: وارهولت و تیمش اخیراً یک صندوق نوآوری دریافت کردند “برای گسترش بیشتر برنامه‌ها به برنامه‌ها و انتخاب محصولاتی که ابتدا روی آنها تمرکز کنند.”

هنگامی که رایتر در مورد چگونگی بهینه سازی کشت باکتری در بیورآکتورها صحبت می کند، سرشار از اشتیاق است.

او می‌گوید: «با توجه به چالش‌های تغییرات آب و هوایی، واضح است که جایگزین‌هایی برای منابع فسیلی مورد نیاز است».

رایتر می‌گوید: «ما در حال توسعه فناوری هستیم که هیچ CO2 اضافی در جو آزاد نمی‌کند. و از آنجایی که متیلوتروف های مصنوعی، به غیر از متانول سبز، به هیچ منبع کربن اضافی برای رشد و محصولات خود نیاز ندارند، آنها اجازه می دهند “مواد شیمیایی تجدید پذیر تولید شود که بر محیط زیست فشار وارد نکند.»

مطالعه در ظاهر می شود کاتالیزور طبیعی.

منبع: Ori Shipper for ETH زوریخ