מדענים מחשמלים את הביולוגיה על ידי המרת זרם לדלק כימי של תאים

מדענים מחשמלים את הביולוגיה על ידי המרת זרם לדלק כימי של תאים

חותמת זמן: 31 באוגוסט, 2023 10:46

התאים של כל האורגניזמים החיים מופעלים על ידי אותו דלק כימי: אדנוזין טריפוספט (ATP). כעת, חוקרים מצאו דרך לייצר ATP ישירות מחשמל, מה שיכול להטעין תהליכים ביוטכנולוגיים שמצמיחים כל דבר, ממזון לדלק ועד לתרופות.

חיבור טכנולוגיה מודרנית מבוססת אלקטרוניקה עם ביולוגיה הוא קשה ידוע לשמצה. אבן נגף עיקרית היא שהדרך שבה הם מופעלים שונה מאוד. בעוד שרוב הגאדג'טים שלנו פועלים על אלקטרונים, הטבע מסתמך על האנרגיה המשתחררת כאשר הקשרים הכימיים של ATP נשברים. מציאת דרכים להמיר בין שני מטבעות אנרגיה שונים מאוד אלה עשויה להיות שימושית עבור שורה של ביוטכנולוגיות.

חיידקים מהונדסים גנטית כבר נמצאים בשימוש לייצור כימיקלים בעלי ערך גבוה וחלבונים שימושיים מבחינה טיפולית, ויש תקוות שהם יוכלו לעזור בקרוב ליצור ירוק יותר דלק מטוסים, לפרק פסולת פלסטיק, ואפילו לגדל מזון חדש בביוריאקטורים ענקיים. אבל ברגע זה, התהליכים הללו מופעלים בתהליך לא יעיל של גידול ביומסה, הפיכתה לסוכר והזנתה לחיידקים.

כעת, חוקרים ממכון מקס פלנק למיקרוביולוגיה יבשתית בגרמניה המציאו דרך הרבה יותר ישירה להפעיל תהליכים ביולוגיים. הם יצרו מסלול מטבולי מלאכותי שיכול להמיר חשמל ישירות ל-ATP באמצעות קוקטייל של אנזימים. ובעיקר, התהליך עובד חוץ גופית ואינו מסתמך על המנגנון המקורי של תאים.

"הזנת חשמל ישירות לתגובות כימיות וביוכימיות היא פריצת דרך אמיתית", טוביאס ארב, שהוביל את המחקר, אמר בהודעה לעיתונות. "זה יאפשר סינתזה של משאבים יקרי ערך עשירים באנרגיה כמו עמילן, דלק ביולוגי או חלבונים מאבני בניין תאיות פשוטות - בעתיד אפילו מפחמן דו חמצני. אולי אפילו אפשר להשתמש במולקולות ביולוגיות כדי לאגור אנרגיה חשמלית".

בטבע, ניתן לחשוב על ATP ומולקולת אחותה אדנוזין די-פוספט (ADP) כמעט כמו סוללות. ATP הוא כמו סוללה טעונה, האוגרת אנרגיה בקשרים הכימיים שלה. אם תא צריך לבזבז את האנרגיה הזו, הוא מפרק אותה of שלוש קבוצות הפוספט של המולקולה והאנרגיה הקשורה בקשר הכימי הזה יכולים אז להפעיל תהליך תאי כלשהו.

תהליך זה הופך את מולקולת ה-ATP ל-ADP, שניתן לחשוב עליו כסוללה ריקה. כדי להטעין אותו מחדש, התא צריך להשתמש באנרגיה ממזון או בפוטוסינתזה כדי להוסיף קבוצת פוספט בחזרה למולקולת ADP, ולהפוך אותה חזרה ל-ATP.

אבל תהליך הטעינה הזה מסתמך על רצף מורכב של תגובות המערבות קומפלקסים חלבונים שונים המשובצים בקרום התא. הנדסה מחדש של מערכת זו כך שתעבוד מחוץ לתא היא מאתגרת מכיוון שהיא מחייבת את החלבונים השונים להיות מכוונים בקפידה בממברנה מלאכותית, מה שהופך אותה לקמצנית ושברירית כאחד.

הגישה החדשה, המתוארת בא נייר פנימה ג'אוּל, הוא הרבה יותר פשוט. המכונה "מחזור AAA", הוא כולל רק ארבעה אנזימים המקיימים אינטראקציה בתמיסה. המרכיב העיקרי שאיפשר את כל זה היה גילוי אנזים בשם אלדהיד פרדוקסין אוקסדורדוקטאז (AOR) בחיידק שהתגלה לאחרונה בשם ארומטיקום ארומטולאום, שמסוגל לפרק נפט.

מדענים מחשמלים את הביולוגיה על ידי המרת זרם לדלק הכימי של תאים אינטליגנציה נתונים PlatoBlockchain. חיפוש אנכי. איי.
קרדיט תמונה: MPI f. מיקרוביולוגיה יבשתית/ ארב

אנזים זה מסוגל לקחת את האלקטרונים מאלקטרודה ולקשר את האנרגיה שלהם בקשר אלדהיד שמתווסף לחומר כימי מבשר הנקרא פרופיונאט. לאחר מכן זה מועבר דרך שלושה אנזימים נוספים הפועלים על הכימיקל ובסופו של דבר משתמשים באנרגיה האצורה בו כדי להמיר ADP ל-ATP. בסוף, מולקולת פרופיונאט קופצת החוצה אותה ניתן להזין בחזרה למחזור.

"מחזור AAA הפשוט הוא גישה חכמה ואלגנטית... שהיא הרבה יותר פשוטה מהאופן שבו ביולוגיה מייצרת ATP באופן טבעי", דרו אנדי, ביולוג סינתטי מאוניברסיטת סטנפורד, אמר לי מדע. הוא הוסיף שזה יכול להיות גורם מפתח לאפשר "אלקטרוביוסינתזה", הרעיון של שימוש בחשמל כדי להפעיל ישירות את הסינתזה של כימיקלים שימושיים על ידי תאים.

החוקרים אומרים שהתהליך עדיין דורש עבודה, שכן האנזימים אינם יציבים ומסוגלים להמיר רק כמות קטנה של אנרגיה. אבל אם אפשר לחדד ולהגדיל את הרעיון, זה יכול לאפשר להפעיל כל מיני תהליכים ביוטכנולוגיים רבי עוצמה על אנרגיה מתחדשת, לא רק להפוך אותם לירוקים יותר אלא להרחיב משמעותיתing כמות האנרגיה שהם יכולים לנצל.

תמונת אשראי: גינתר / pixabay

בול זמן:

עוד מ רכזת הסינגולריות