A tudósok az áramot a sejtek kémiai tüzelőanyagává alakítva villamosítják a biológiát

Minden élő szervezet sejtje ugyanazzal a kémiai tüzelőanyaggal működik: adenozin-trifoszfát (ATP). A kutatók most megtalálták a módját, hogy ATP-t közvetlenül villamos energiából állítsanak elő, ami fel tudja turbózni azokat a biotechnológiai folyamatokat, amelyekben az élelmiszertől az üzemanyagon át a gyógyszerekig mindent meg lehet termelni.

A modern elektronikán alapuló technológia összekapcsolása a biológiával köztudottan nehéz. Az egyik fő buktató, hogy a meghajtás módja nagyon eltérő. Míg a legtöbb eszközünk elektronokon működik, a természet az ATP kémiai kötéseinek felbomlásakor felszabaduló energiára támaszkodik. Számos biotechnológia számára hasznos lehet megtalálni az energia e két nagyon különböző pénzneme közötti átváltási módját.

A génmanipulált mikrobákat már most is használják különféle nagy értékű vegyszerek és terápiásán hasznos fehérjék előállítására, és remélik, hogy hamarosan segíthetnek zöldebbé tenni kerozin, lebontják a műanyag hulladékot, sőt új élelmiszereket is termesztenek óriás bioreaktorokban. De pillanatnyilag ezek a folyamatok egy nem hatékony biomassza-termesztési folyamaton keresztül működnek, cukorrá alakítják, és táplálják a mikrobákat.

A németországi Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet kutatói most sokkal közvetlenebb módszert dolgoztak ki a biológiai folyamatok működtetésére. Létrehoztak egy mesterséges anyagcsere-utat, amely enzimek koktélja segítségével közvetlenül ATP-vé alakítja az elektromosságot. És ami a legfontosabb, a folyamat működik in vitro és nem támaszkodik a sejtek natív gépezetére.

"Az elektromos áram közvetlenül a kémiai és biokémiai reakciókba való betáplálása igazi áttörés” – mondta Tobias Erb, a kutatás vezetője. mondta egy sajtóközleményben. „Ez lehetővé teszi az energiaban gazdag értékes erőforrások, például keményítő, bioüzemanyagok vagy fehérjék szintézisét egyszerű sejtes építőelemekből – a jövőben akár szén-dioxidból is. Lehetséges, hogy biológiai molekulákat is felhasználhatunk elektromos energia tárolására.”

A természetben az ATP és testvérmolekulája, az adenozin-difoszfát (ADP) majdnem olyannak tekinthető, mint az akkumulátor. Az ATP olyan, mint egy feltöltött akkumulátor, amely kémiai kötéseiben tárolja az energiát. Ha egy sejtnek el kell költenie ezt az energiát, akkor letör of a molekula három foszfátcsoportja és a kémiai kötésben megkötött energia bizonyos sejtfolyamatokat indíthat el.

Ez a folyamat az ATP-molekulát ADP-vé alakítja, amely üres akkumulátornak tekinthető. Az újratöltéshez a sejtnek élelmiszerből vagy fotoszintézisből származó energiát kell felhasználnia ahhoz, hogy egy foszfátcsoportot adjon vissza az ADP-molekulához, visszafordítva azt ATP-vé.

Ez az újratöltési folyamat azonban a reakciók összetett sorozatán alapul, amelyekben a sejtmembránba ágyazott különféle fehérjekomplexek vesznek részt. Ennek a rendszernek az újratervezése, hogy a sejten kívül is működjön, kihívást jelent, mert megköveteli, hogy a különböző fehérjéket gondosan elhelyezzék egy mesterséges membránban, ami egyben finomsá és törékennyé teszi.

Az új megközelítés, amelyet a papír be Joule, sokkal egyszerűbb. Az „AAA-ciklusnak” nevezett folyamat mindössze négy enzimet foglal magában, amelyek kölcsönhatásba lépnek az oldatban. A legfontosabb összetevő, amely mindezt lehetővé tette, az volt, hogy felfedezték az aldehid-ferredoxin-oxidoreduktáz (AOR) nevű enzimet egy nemrégiben felfedezett baktériumban, az ún. Aromaticum aromatoleum, amely képes lebontani a kőolajat.

Ez az enzim képes elvenni az elektronokat egy elektródáról, és leköti az energiájukat egy aldehid kötésben, amelyet egy propionát nevű prekurzor vegyi anyaghoz adnak. Ezt ezután három további enzimen keresztül kaszkádolja, amelyek a vegyi anyagra hatnak, és végül a benne tárolt energiát használják fel az ADP ATP-vé történő átalakítására. A végén egy propionát molekula pattan ki, amelyet aztán vissza lehet táplálni a ciklusba.

"Az egyszerű AAA ciklus okos és elegáns megközelítés… sokkal egyszerűbb annál, mint ahogyan a biológia természetes módon állítja elő az ATP-t” – mondta Drew Endy, a Stanford Egyetem szintetikus biológusa. mondta Tudomány. Hozzátette, hogy ez kulcsfontosságú lehet az "elektrobioszintézis" lehetővé tételében, az az ötlet, hogy villamos energiát használnak a hasznos vegyi anyagok sejtszintézisének közvetlen meghajtására.

A kutatók szerint a folyamaton még dolgozni kell, mivel az enzimek instabilak, és csak kis mennyiségű energiát képesek átalakítani. De ha az ötletet finomítani és bővíteni lehet, akkor mindenféle erőteljes biotechnológiai folyamat megújuló energián való futtatását lehetővé teheti, nem csak zöldebbé, hanem jelentősen bővítve is.ING mekkora energiamennyiséget tudnak kihasználni.

Kép: Günther / pixabay

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• ChartPrime. Emelje fel kereskedési játékát a ChartPrime segítségével. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/08/31/in-a-new-biology-electronics-crossover-scientists-used-electricity-to-produce-the-chemical-fuel-of-cells/