Ang formate makita isip dugokan sa usa ka carbon-neutral nga bioeconomy, nga gihimo gikan sa CO2 gamit ang (electro)chemical nga mga pamaagi ug gikombertir ngadto sa mga value-added nga produkto gamit ang enzymatic cascades o engineered microorganisms. Usa ka importante nga lakang sa pagpalapad sa asimilasyon sa synthetic formate mao ang thermodynamically complex reduction sa formaldehyde, nga dinhi makita isip usa ka yellow nga pagbag-o sa kolor. Credit: Institute of Terrestrial Microbiology Max Planck/Geisel.
Ang mga siyentista sa Max Planck Institute nakamugna og sintetikong metabolic pathway nga nag-convert sa carbon dioxide ngadto sa formaldehyde sa tabang sa formic acid, nga nagtanyag og carbon-neutral nga paagi sa paghimo og bililhong mga materyales.
Ang bag-ong mga anabolic pathway para sa carbon dioxide fixation dili lang makatabang sa pagpakunhod sa lebel sa carbon dioxide sa atmospera, apan makapuli usab sa tradisyonal nga kemikal nga produksiyon sa mga parmasyutiko ug aktibong sangkap gamit ang carbon-neutral biological processes. Ang bag-ong panukiduki nagpakita sa usa ka proseso diin ang formic acid magamit aron mabag-o ang carbon dioxide ngadto sa usa ka materyal nga bililhon sa industriya sa biochemical.
Tungod sa pagsaka sa greenhouse gas emissions, ang carbon sequestration o carbon dioxide sequestration gikan sa dagkong mga tinubdan sa emisyon usa ka dinalian nga isyu. Sa kinaiyahan, ang pagsuhop sa carbon dioxide nagpadayon sulod sa minilyon ka tuig, apan ang gahum niini dili pa igo aron mabayran ang mga emisyon nga gikan sa tawo.
Ang mga tigdukiduki nga gipangulohan ni Tobias Erb sa Institute of Terrestrial Microbiology. Gigamit ni Max Planck ang natural nga mga himan aron makahimo og bag-ong mga pamaagi sa pag-ayo sa carbon dioxide. Nagmalampuson na sila karon sa paghimo og artipisyal nga metabolic pathway nga nagpatungha og highly reactive formaldehyde gikan sa formic acid, usa ka posible nga intermediate sa artipisyal nga photosynthesis. Ang Formaldehyde mahimong direktang mosulod sa daghang metabolic pathway aron maporma ang ubang bililhong mga substansiya nga walay bisan unsang makahilong epekto. Sama sa natural nga proseso, duha ka pangunang sangkap ang gikinahanglan: enerhiya ug carbon. Ang una mahimong mahatag dili lamang sa direktang kahayag sa adlaw, apan pinaagi usab sa elektrisidad - pananglitan, ang mga solar module.
Sa value chain, ang mga tinubdan sa carbon lainlain. Ang carbon dioxide dili lamang ang kapilian dinhi, atong gihisgutan ang tanang indibidwal nga carbon compounds (C1 building blocks): carbon monoxide, formic acid, formaldehyde, methanol ug methane. Bisan pa, halos tanan niini nga mga substansiya makahilo kaayo, alang sa mga buhing organismo (carbon monoxide, formaldehyde, methanol) ug alang sa planeta (methane isip greenhouse gas). Human lamang ma-neutralize ang formic acid ngadto sa basic formate niini nga daghang mga mikroorganismo ang motugot sa taas nga konsentrasyon niini.
“Ang formic acid usa ka maayong tinubdan sa carbon,” gipasiugda ni Maren Nattermann, ang unang awtor sa pagtuon. “Apan ang pag-convert niini ngadto sa formaldehyde in vitro nagkinahanglan og daghang enerhiya.” Kini tungod kay ang formate, ang asin sa formate, dili dali nga ma-convert ngadto sa formaldehyde. “Adunay usa ka seryoso nga kemikal nga babag tali niining duha ka molekula, ug sa dili pa kita makahimo og tinuod nga reaksyon, kinahanglan natong malampasan kini sa tabang sa biochemical energy – ATP.”
Ang tumong sa mga tigdukiduki mao ang pagpangita og mas barato nga paagi. Kay kon mas gamay ang enerhiya nga gikinahanglan aron ma-enable ang carbon sa metabolismo, mas daghang enerhiya ang magamit aron ma-stimulate ang pagtubo o produksiyon. Apan walay ingon niana nga paagi sa kinaiyahan. “Ang pagkadiskobre sa gitawag nga hybrid enzymes nga adunay daghang function nagkinahanglan og gamay nga pagkamamugnaon,” matod ni Tobias Erb. “Bisan pa, ang pagkadiskobre sa mga kandidato nga enzyme mao lamang ang sinugdanan. Naghisgot kita bahin sa mga reaksyon nga mahimong maihap nga magkauban tungod kay kini hinay kaayo—sa pipila ka mga kaso, adunay wala pay usa ka reaksyon kada segundo kada enzyme. Ang natural nga mga reaksyon mahimong magpadayon sa rate nga usa ka libo ka pilo nga mas paspas.” Dinhi mosulod ang sintetikong biochemistry, matod ni Maren Nattermann: “Kon nahibal-an nimo ang istruktura ug mekanismo sa usa ka enzyme, nahibal-an nimo kung asa moapil. Dako kini og ikatabang.”
Ang pag-optimize sa enzyme naglambigit sa daghang mga pamaagi: espesyalisadong pagbayloay og bloke sa pagtukod, pagmugna og random nga mutasyon, ug pagpili sa kapasidad. "Ang formate ug formaldehyde parehong angay tungod kay kini makasulod sa mga bungbong sa selula. Mahimo natong idugang ang formate sa medium sa kultura sa selula, nga nagpatungha og enzyme nga naghimo sa resulta nga formaldehyde nga usa ka dili makahilo nga dalag nga tina human sa pipila ka oras," miingon si Maren. Gipasabot ni Nattermann.
Ang mga resulta sa mubo nga panahon dili unta mahimo kung wala ang paggamit sa mga pamaagi nga taas og throughput. Aron mahimo kini, ang mga tigdukiduki nakigtambayayong sa kauban sa industriya nga Festo sa Esslingen, Germany. "Human sa mga 4,000 nga mga kalainan, among gipataas ang among ani sa upat ka pilo," ingon ni Maren Nattermann. "Busa, among gibuhat ang basehan alang sa pagtubo sa modelo nga microorganism nga E. coli, ang microbial workhorse sa biotechnology, gamit ang formic acid. Bisan pa, sa pagkakaron, ang atong mga selula makahimo lamang og formaldehyde ug dili na makausab pa."
Uban sa pakigtambayayong sa iyang kauban nga si Sebastian Wink gikan sa Institute of Plant Molecular Physiology. Ang mga tigdukiduki ni Max Planck karon nagpalambo og usa ka strain nga makasuhop sa mga intermediate ug makapaila niini sa sentral nga metabolismo. Sa samang higayon, ang team nagpahigayon og panukiduki sa electrochemical conversion sa carbon dioxide ngadto sa formic acid uban sa usa ka working group sa Institute of Chemical Energy Conversion. Si Max Planck ubos sa direksyon ni Walter Leitner. Ang dugay nga tumong mao ang usa ka "one-size-fits-all platform" gikan sa carbon dioxide nga gihimo sa mga proseso sa electrobiochemical ngadto sa mga produkto sama sa insulin o biodiesel.
Pakisayran: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Pagpalambo sa usa ka bag-ong kaskad para sa pagkakabig sa phosphate-dependent formate ngadto sa formaldehyde in vitro ug in vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, ug Tobias J. Erb, Mayo 9, 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Pinuy-anan sa pinakamaayong balita sa teknolohiya sukad niadtong 1998. Magpabiling updated sa pinakabag-ong balita sa teknolohiya pinaagi sa email o social media. > Email digest nga adunay libreng suskrisyon
Nadiskobrehan sa mga tigdukiduki sa Cold Spring Harbor Laboratories nga ang SRSF1, usa ka protina nga nag-regulate sa RNA splicing, misaka ang lebel sa pancreas.