hrăni

Abordarea poate transforma bacteriile în fabrici biologice de energie și chiar de alimente

Bacteria Escherichia coli este concepută să crească prin consumul de dioxid de carbon. Cercetătorii au creat o tulpină a acesteia în laborator. Crește consumând dioxid de carbon în loc de zaharuri sau alte molecule organice.

Se spune că această realizare este importantă deoarece schimbă drastic funcționarea internă a unuia dintre cele mai populare modele de organisme din biologie. E. coli alimentat cu CO2 poate fi utilizat pentru a produce molecule de carbon organic. La rândul lor, aceștia pot juca rolul biocombustibililor sau al producției de alimente. Produsele realizate în acest mod ar avea emisii mai mici comparativ cu metodele convenționale de producție. Pot elimina gazul din aer.

Plantele producătoare de oxigen și cianobacteriile fotosintetice folosesc energia luminii pentru a transforma CO2 în blocuri de viață care conțin carbon, inclusiv ADN, proteine ​​și grăsimi. Dar aceste organisme pot fi dificil de modificat genetic, ceea ce încetinește eforturile de a le transforma în fabrici biologice.

În schimb, E. coli este relativ ușor de proiectat și creșterea sa rapidă poate duce la optimizarea modificărilor genetice. Dar bacteria preferă să crească prin zaharuri precum glucoza în loc să consume CO2. Ca urmare, eliberează gazul ca deșeu.

Biologii de la Institutul de Științe din Israel au petrecut ultimul deceniu într-o schimbare majoră a dietei E. coli. În 2016, au creat o a doua tulpină care consumă CO2, dar compusul reprezintă doar o parte din aportul de carbon al organismului. Restul este un compus organic cu care se hrănesc bacteriile.

Dieta cu gaz

Cele mai recente lucrări ale echipei utilizează un amestec de inginerie genetică și evoluție în laborator pentru a crea o tulpină de E. coli care poate obține tot carbonul său din CO2. Bacteriile au primit inițial o pereche de enzime care permiteau organismelor fotosintetice să transforme CO2 în carbon organic. Plantele și cianobacteriile furnizează această conversie cu lumină, dar acest lucru nu este posibil pentru E. coli. În schimb, echipa introduce o genă care permite bacteriei să colecteze energie de la o moleculă organică.

Chiar și cu aceste suplimente, bacteria refuză să-și înlocuiască alimentele cu zahăr. Pentru a evita problema, cercetătorii au cultivat generații succesive de E. coli modificate. Timp de un an, li se administrează doar cantități minime de zahăr și CO2 în concentrații de aproximativ 250 de ori mai mari decât cele din atmosfera Pământului. Speranța era că bacteriile vor dezvolta mutații pentru a se adapta la acest nou aliment. După aproximativ 200 de zile, au apărut primele celule capabile să utilizeze CO2 ca singură sursă de carbon. După alte 300 de zile, aceste bacterii prezintă o creștere rapidă în laborator.

Tulpinile de E.coli pot crește în continuare pe zahăr și pot folosi această sursă de combustibil peste CO2. Comparativ cu E. coli normal, care se poate dubla ca număr la fiecare 20 de minute, E. coli autotrofă rămâne în urmă. Se separă la fiecare 18 ore când este cultivat într-o atmosferă cu 10% CO2. Bacteriile nu pot supraviețui fără zahăr la nivelurile disponibile de CO2 atmosferice.

Echipa speră că bacteriile vor crește mai repede și vor trăi la niveluri mai scăzute de CO2. De asemenea, ei încearcă să înțeleagă modul în care E. coli a evoluat pentru a se hrăni numai cu dioxid de carbon.

Lucrarea este o piatră de hotar și arată puterea ingineriei și a evoluției pentru a îmbunătăți procesele naturale. Bacteria este utilizată pentru a produce versiuni sintetice ale substanțelor chimice benefice, cum ar fi insulina și hormonul de creștere uman. Munca echipei ar putea extinde produsele pe care bacteriile le pot produce. Acestea sunt combustibili regenerabili, alimente și alte substanțe. Planurile nu prevăd că acest lucru este un fapt în viitorul apropiat. Dar eforturile încă pot avea succes.