2 godzin temu
Naukowcy z Northwestern University i Stanford University zaprojektowali system metaboliczny, który cząsteczki pochodzące z dwutlenku węgla przekształca w surowce do produkcji paliw, tworzyw sztucznych i leków. Model opisany w Nature Chemical Engineering wykorzystuje enzymy zaprojektowane do przeprowadzania reakcji nigdy wcześniej nieobserwowanych w przyrodzie.
Podczas gdy procesy elektrochemiczne mogą już redukować CO2 do mrówczanu—prostego związku ciekłego—systemy biologiczne miały trudności z efektywnym ulepszaniem mrówczanu w bardziej użyteczne produkty. Zespół badawczy, kierowany przez Ashty Karima z Northwestern i Michaela Jewetta ze Stanfordu, opracował więc „Szlak Redukcyjny Mrówczanu”, czyli ReForm, który wykorzystuje pięć zmodyfikowanych enzymów do przekształcania mrówczanu w acetylo-CoA w sześciu etapach reakcji. Acetylo-CoA jest uniwersalnym metabolitem wykorzystywanym przez wszystkie żywe organizmy jako budulec dla tysięcy związków biochemicznych.
„W przyrodzie nic nie potrafi przekształcić mrówczanu w acetylo-CoA” – powiedział Karim, adiunkt inżynierii chemicznej i biologicznej na Northwestern. Zespół zwrócił się ku bezkomórkowej biologii syntetycznej, ekstrahując mechanizmy komórkowe z komórek w celu szybkiego testowania wariantów enzymów poza żywymi organizmami. Takie podejście umożliwiło badaczom przebadanie 66 enzymów i ponad 3000 wariantów enzymów w ciągu zaledwie kilku tygodni – proces, który przy użyciu tradycyjnych metod z żywymi komórkami zająłby miesiące. „Środowisko bezkomórkowe umożliwiło nam testowanie tysięcy wariantów tygodniowo” – powiedział Karim.
Jako dowód koncepcji, badacze użyli ReForm do przekształcenia acetylo-CoA w jabłczan, surowiec stosowany w żywności, kosmetykach i plastikach biodegradowalnych. System akceptuje również inne wejścia na bazie węgla, w tym formaldehyd i metanol, z których oba mogą być produkowane z wychwytanego CO2.
