Ֆորմատը կարելի է դիտարկել որպես ածխածնային չեզոք կենսատնտեսության հիմք, որը արտադրվում է CO2-ից (էլեկտրա)քիմիական մեթոդներով և վերածվում արժեք ավելացնող արտադրանքի՝ օգտագործելով ֆերմենտատիվ կասկադներ կամ ինժեներական միկրոօրգանիզմներ: Սինթետիկ ֆորմատի յուրացման ընդլայնման կարևոր քայլ է ֆորմալդեհիդի թերմոդինամիկորեն բարդ վերականգնումը, որն այստեղ դրսևորվում է որպես դեղին գույնի փոփոխություն: Լուսանկարը՝ Երկրային մանրէաբանության ինստիտուտի Մաքս Պլանկ/Գեյզել:
Մաքս Պլանկի ինստիտուտի գիտնականները ստեղծել են սինթետիկ նյութափոխանակության ուղի, որը ածխաթթու գազը մրջնաթթվի օգնությամբ վերածում է ֆորմալդեհիդի՝ առաջարկելով ածխածնային չեզոք միջոց արժեքավոր նյութեր արտադրելու համար։
Ածխաթթու գազի ֆիքսացիայի նոր անաբոլիկ ուղիները ոչ միայն օգնում են նվազեցնել մթնոլորտում ածխաթթու գազի մակարդակը, այլև կարող են փոխարինել դեղագործական արտադրանքի և ակտիվ բաղադրիչների ավանդական քիմիական արտադրությունը ածխածնային չեզոք կենսաբանական գործընթացներով: Նոր հետազոտությունը ցույց է տալիս մի գործընթաց, որի միջոցով մրջնաթթուն կարող է օգտագործվել ածխաթթու գազը կենսաքիմիական արդյունաբերության համար արժեքավոր նյութի վերածելու համար:
Հաշվի առնելով ջերմոցային գազերի արտանետումների աճը, ածխածնի կլանումը կամ ածխաթթու գազի կլանումը խոշոր արտանետումների աղբյուրներից հրատապ խնդիր է: Բնության մեջ ածխաթթու գազի յուրացումը տեղի է ունենում միլիոնավոր տարիներ, բայց դրա հզորությունը բավարար չէ մարդածին արտանետումները փոխհատուցելու համար:
Երկրային մանրէաբանության ինստիտուտի աշխատակից Թոբիաս Էրբի գլխավորությամբ հետազոտողները, Մաքս Պլանկը, օգտագործում են բնական գործիքներ՝ ածխաթթու գազի կլանման նոր մեթոդներ մշակելու համար: Այժմ նրանք հաջողությամբ մշակել են արհեստական ​​նյութափոխանակության ուղի, որը մրջնաթթվից արտադրում է բարձր ռեակտիվ ֆորմալդեհիդ, որը հնարավոր միջանկյալ նյութ է արհեստական ​​ֆոտոսինթեզի մեջ: Ֆորմալդեհիդը կարող է անմիջապես մտնել մի քանի նյութափոխանակության ուղիների մեջ՝ առանց որևէ թունավոր ազդեցության առաջացնելով այլ արժեքավոր նյութեր: Ինչպես բնական գործընթացի դեպքում, անհրաժեշտ են երկու հիմնական բաղադրիչներ՝ էներգիա և ածխածին: Առաջինը կարող է ստացվել ոչ միայն ուղիղ արևի լույսի, այլև էլեկտրաէներգիայի միջոցով, օրինակ՝ արևային մոդուլների միջոցով:
Արժեքային շղթայում ածխածնի աղբյուրները փոփոխական են: Ածխաթթու գազը այստեղ միակ տարբերակը չէ, մենք խոսում ենք բոլոր առանձին ածխածնային միացությունների (C1 կառուցվածքային բլոկներ) մասին՝ ածխածնի մոնօքսիդ, մրջնաթթու, ֆորմալդեհիդ, մեթանոլ և մեթան: Այնուամենայնիվ, այս նյութերը գրեթե բոլորը խիստ թունավոր են՝ թե՛ կենդանի օրգանիզմների (ածխածնի մոնօքսիդ, ֆորմալդեհիդ, մեթանոլ) և թե՛ մոլորակի համար (մեթանը՝ որպես ջերմոցային գազ): Միայն մրջնաթթվի հիմնային ֆորմատի չեզոքացումից հետո է, որ շատ միկրոօրգանիզմներ հանդուրժում են դրա բարձր կոնցենտրացիաները:
«Մրջնաթթուն ածխածնի շատ խոստումնալից աղբյուր է», - ընդգծում է ուսումնասիրության առաջին հեղինակ Մարեն Նատերմանը: «Սակայն այն in vitro ֆորմալդեհիդի վերածելը շատ էներգատար է»: Դա պայմանավորված է նրանով, որ ֆորմատը՝ ֆորմատի աղը, հեշտությամբ չի վերածվում ֆորմալդեհիդի: «Այս երկու մոլեկուլների միջև կա լուրջ քիմիական պատնեշ, և նախքան մենք կարողանանք իրական ռեակցիա իրականացնել, մենք պետք է այն հաղթահարենք կենսաքիմիական էներգիայի՝ ԱԵՖ-ի օգնությամբ»:
Հետազոտողների նպատակն էր գտնել ավելի տնտեսող միջոց։ Ի վերջո, որքան քիչ էներգիա է պահանջվում ածխածինը նյութափոխանակության մեջ ներմուծելու համար, այնքան շատ էներգիա կարող է օգտագործվել աճը կամ արտադրությունը խթանելու համար։ Սակայն բնության մեջ նման միջոց գոյություն չունի։ «Այսպես կոչված բազմակի գործառույթներով հիբրիդային ֆերմենտների հայտնաբերումը պահանջում էր որոշակի ստեղծագործականություն», - ասում է Թոբիաս Էրբը։ «Այնուամենայնիվ, թեկնածու ֆերմենտների հայտնաբերումը միայն սկիզբն է։ Մենք խոսում ենք ռեակցիաների մասին, որոնք կարելի է միասին հաշվել, քանի որ դրանք շատ դանդաղ են. որոշ դեպքերում, մեկ ֆերմենտի համար վայրկյանում մեկից պակաս ռեակցիա է տեղի ունենում։ Բնական ռեակցիաները կարող են ընթանալ հազար անգամ ավելի արագ տեմպերով»։ Ահա թե որտեղ է գործի դրվում սինթետիկ կենսաքիմիան, ասում է Մարեն Նատերմանը. «Եթե դուք գիտեք ֆերմենտի կառուցվածքը և մեխանիզմը, ապա գիտեք, թե որտեղ միջամտել։ Դա մեծ օգուտ է բերել»։
Ֆերմենտների օպտիմալացումը ներառում է մի քանի մոտեցումներ՝ մասնագիտացված շինանյութերի փոխանակում, պատահական մուտացիաների առաջացում և տարողության ընտրություն: «Ե՛վ ֆորմատը, և՛ ֆորմալդեհիդը շատ հարմար են, քանի որ կարող են թափանցել բջջային պատերի մեջ: Մենք կարող ենք ֆորմատ ավելացնել բջջային կուլտուրայի միջավայր, որն արտադրում է մի ֆերմենտ, որը մի քանի ժամ անց ստացված ֆորմալդեհիդը վերածում է ոչ թունավոր դեղին ներկանյութի», - ասաց Մարենը: Բացատրեց Նատերմանը:
Այսքան կարճ ժամանակահատվածում արդյունքներ ստանալը հնարավոր չէր լինի առանց բարձր արտադրողականության մեթոդների կիրառման: Դրա համար հետազոտողները համագործակցել են արդյունաբերական գործընկեր Festo-ի հետ Էսլինգենում, Գերմանիա: «Մոտ 4000 տարբերակից հետո մենք քառապատկեցինք մեր արտադրողականությունը», - ասում է Մարեն Նատերմանը: «Այսպիսով, մենք հիմք ենք ստեղծել E. coli մոդելային միկրոօրգանիզմի՝ կենսատեխնոլոգիայի մանրէային աշխատանքային ձիու, աճեցման համար մրջնաթթվի վրա: Սակայն, այս պահին մեր բջիջները կարող են արտադրել միայն ֆորմալդեհիդ և չեն կարող հետագա վերափոխվել»:
Մաքս Պլանկի հետազոտողները, համագործակցելով իր գործընկեր Սեբաստիան Վինկի հետ՝ Բույսերի մոլեկուլային ֆիզիոլոգիայի ինստիտուտից, ներկայումս մշակում են մի շտամ, որը կարող է կլանել միջանկյալ նյութերը և ներմուծել դրանք կենտրոնական նյութափոխանակության մեջ: Միևնույն ժամանակ, թիմը հետազոտություններ է անցկացնում ածխաթթու գազի էլեկտրաքիմիական փոխակերպման վերաբերյալ մրջնաթթվի՝ Քիմիական էներգիայի փոխակերպման ինստիտուտի աշխատանքային խմբի հետ: Մաքս Պլանկ՝ Վալտեր Լեյտների ղեկավարությամբ: Երկարաժամկետ նպատակը էլեկտրակենսաքիմիական գործընթացներով արտադրված ածխաթթու գազից ինսուլինի կամ բիոդիզելի նման արտադրանքների «միասնական հարթակ» ստեղծելն է:
Հղում՝ Մարեն Նատերման, Սեբաստիան Վենկ, Պասկալ Պֆիստեր, Հայ Հե, Սընգ Հվանգ Լի, Վիտոլդ Շիմանսկի, Նիլս Գյունտերման, Ֆայինգ Չժու «Ֆոսֆատ-կախյալ ֆորմատի ֆորմալդեհիդի փոխակերպման նոր կասկադի մշակում in vitro և in vivo պայմաններում», Լենարտ Նիկել, Շառլոտ Վալներ, Յան Զարզիցկի, Նիկոլ Պաչիա, Նինա Գայսերտ, Ջանկառլո Ֆրանցիո, Վալտեր Լեյտներ, Ռամոն Գոնսալես և Թոբիաս Ջ. Էրբ, 2023 թվականի մայիսի 9, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily. 1998 թվականից ի վեր լավագույն տեխնոլոգիական նորությունների կայքը: Մնացեք տեղեկացված տեխնոլոգիական վերջին նորություններից էլ. փոստի կամ սոցիալական ցանցերի միջոցով: > Էլ. փոստի ամփոփագիր՝ անվճար բաժանորդագրությամբ
Քոլդ Սփրինգ Հարբոր լաբորատորիաների հետազոտողները պարզել են, որ SRSF1-ը՝ ՌՆԹ-ի սփլայսինգը կարգավորող սպիտակուցը, ակտիվանում է ենթաստամոքսային գեղձում։