Tiedemiehet sähköistävät biologian muuntamalla virran solujen kemialliseksi polttoaineeksi

Kaikkien elävien organismien solut saavat voimansa samasta kemiallisesta polttoaineesta: adenosiinitrifosfaatti (ATP). Nyt tutkijat ovat löytäneet tavan tuottaa ATP:tä suoraan sähköstä, mikä voisi turbottaa bioteknologian prosesseja, jotka kasvattavat kaikkea ruoasta polttoaineeseen ja lääkkeisiin.

Nykyaikaisen elektroniikkaan perustuvan teknologian liittäminen biologian kanssa on tunnetusti vaikeaa. Yksi suuri kompastuskivi on, että niiden käyttötapa on hyvin erilainen. Vaikka suurin osa laitteistamme toimii elektroneilla, luonto luottaa energiaan, joka vapautuu, kun ATP:n kemialliset sidokset katkeavat. Erilaisten bioteknologioiden kannalta voisi olla hyödyllistä löytää tapoja muuntaa näiden kahden hyvin erilaisen valuutan välillä.

Geenimuunneltuja mikrobeja käytetään jo erilaisten arvokkaiden kemikaalien ja terapeuttisesti hyödyllisten proteiinien tuottamiseen, ja niiden toivotaan pian auttavan tuottamaan vihreämpää. lentopetroli, hajottaa muovijätettä ja jopa kasvattaa uusia elintarvikkeita jättimäisissä bioreaktoreissa. Mutta tällä hetkellä näitä prosesseja ohjaa tehoton prosessi, jossa kasvatetaan biomassaa, muunnetaan se sokeriksi ja syötetään mikrobeille.

Nyt Saksan Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology -instituutin tutkijat ovat kehittäneet paljon suoremman tavan tehostaa biologisia prosesseja. He ovat luoneet keinotekoisen aineenvaihduntareitin, joka voi muuttaa sähkön suoraan ATP:ksi käyttämällä entsyymien cocktailia. Ja mikä tärkeintä, prosessi toimii vitro eikä se ole riippuvainen solujen alkuperäisestä koneistosta.

"Sähkön syöttäminen suoraan kemiallisiin ja biokemiallisiin reaktioihin on todellinen läpimurto", tutkimusta johtanut Tobias Erb. sanoi lehdistötiedotteessa. ”Tämä mahdollistaa energiarikkaiden arvokkaiden resurssien, kuten tärkkelyksen, biopolttoaineiden tai proteiinien synteesin yksinkertaisista solujen rakennuspalikoista – tulevaisuudessa jopa hiilidioksidista. Voi olla jopa mahdollista käyttää biologisia molekyylejä sähköenergian varastoimiseen."

Luonnossa ATP:tä ja sen sisarmolekyyliä adenosiinidifosfaattia (ADP) voidaan pitää melkein akkuina. ATP on kuin ladattu akku, joka varastoi energiaa kemiallisiin sidoksiinsa. Jos solun on käytettävä tuota energiaa, se katkaisee sen of molekyylin kolme fosfaattiryhmää ja tuohon kemialliseen sidokseen sitoutunut energia voivat sitten saada voiman johonkin soluprosessiin.

Tämä prosessi muuntaa ATP-molekyylin ADP:ksi, jota voidaan pitää tyhjänä paristona. Sen lataamiseksi solun on käytettävä ruoasta tai fotosynteesistä saatua energiaa lisätäkseen fosfaattiryhmän takaisin ADP-molekyyliin, mikä muuttaa sen takaisin ATP:ksi.

Mutta tämä latausprosessi perustuu monimutkaiseen reaktiosarjaan, joka sisältää erilaisia ​​solukalvoon upotettuja proteiinikomplekseja. Tämän järjestelmän uudelleensuunnittelu toimimaan solun ulkopuolella on haastavaa, koska se vaatii eri proteiinien huolellista suuntaamista keinotekoiseen kalvoon, mikä tekee siitä sekä hienovaraisen että hauraan.

Uusi lähestymistapa, joka on kuvattu kohdassa a paperi sisään Joule, on paljon yksinkertaisempi. Kutsutaan "AAA-sykliksi", se sisältää vain neljä entsyymiä, jotka ovat vuorovaikutuksessa liuoksessa. Avainaine, joka teki kaiken mahdolliseksi, oli aldehydiferredoksiinioksidoreduktaasi (AOR) -nimisen entsyymin löytäminen äskettäin löydetystä bakteerista nimeltä Aromaticum aromatoleum, joka pystyy hajottamaan öljyä.

Tämä entsyymi pystyy ottamaan elektronit elektrodista ja sitomaan niiden energian aldehydisidoksessa, joka lisätään propionaatiksi kutsuttuun esiastekemikaaliin. Tämä kaskadoidaan sitten kolmen muun entsyymin läpi, jotka vaikuttavat kemikaaliin ja käyttävät lopulta siihen varastoitunutta energiaa ADP:n muuntamiseen ATP:ksi. Lopussa propionaattimolekyyli ponnahtaa esiin, joka voidaan sitten syöttää takaisin kiertoon.

"Yksinkertainen AAA-sykli on näppärä ja tyylikäs lähestymistapa… se on paljon yksinkertaisempaa kuin se, miten biologia luonnollisesti tekee ATP:tä”, Drew Endy, synteettinen biologi Stanfordin yliopistosta. kertoi tiede. Hän lisäsi, että se voisi olla avaintekijä, joka mahdollistaa "sähköbiosynteesin", ajatuksen sähkön käyttämisestä solujen hyödyllisten kemikaalien synteesin suoraan tehostamiseen.

Tutkijoiden mukaan prosessi vaatii vielä työtä, koska entsyymit ovat epävakaita ja pystyvät muuttamaan vain pienen määrän energiaa. Mutta jos ideaa voidaan jalostaa ja laajentaa, se voisi mahdollistaa kaikenlaisten tehokkaiden bioteknologian prosessien ajamisen uusiutuvalla energialla, mikä ei pelkästään tee niistä vihreämpiä, vaan myös laajenee merkittävästita kuinka paljon energiaa he voivat hyödyntää.

Kuva pistetilanne: günther / Pixabay

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2023/08/31/in-a-new-biology-electronics-crossover-scientists-used-electricity-to-produce-the-chemical-fuel-of-cells/