Formatoa karbono-neutro bioekonomia baten bizkarrezurra dela ikus daiteke, CO2tik ekoitzia metodo (elektro)kimikoak erabiliz eta balio erantsiko produktu bihurtzen dena entzima-kaskadak edo mikroorganismo diseinatuak erabiliz. Formato sintetikoaren asimilazioa zabaltzeko urrats garrantzitsu bat formaldehidoaren termodinamikoki konplexua den erredukzioa da, hemen kolore horiko aldaketa gisa agertzen dena. Kreditua: Lurreko Mikrobiologia Institutua Max Planck/Geisel.
Max Planck Institutuko zientzialariek bide metaboliko sintetiko bat sortu dute, karbono dioxidoa formaldehido bihurtzen duena azido formikoaren laguntzarekin, material baliotsuak ekoizteko modu karbono-neutroa eskainiz.
Karbono dioxidoa finkatzeko bide anaboliko berriek ez dute atmosferako karbono dioxido mailak murrizten laguntzen bakarrik, baita botiken eta osagai aktiboen ekoizpen kimiko tradizionala prozesu biologiko karbono-neutroekin ordezkatu ere. Ikerketa berriek azido formikoa erabil daitekeen prozesu bat erakusten dute, karbono dioxidoa industria biokimikoarentzat baliotsua den material bihurtzeko.
Berotegi-efektuko gasen isurketen gorakada ikusita, karbonoaren bahiketa edo karbono dioxidoaren bahiketa isurketa-iturri handietatik arazo larria da. Naturan, karbono dioxidoaren asimilazioa milioika urtez gertatzen ari da, baina haren ahalmena ez da nahikoa gizakiak eragindako isurketak konpentsatzeko.
Tobias Erbek zuzendutako Max Planck-eko Lurreko Mikrobiologia Institutuko ikertzaileek tresna naturalak erabiltzen dituzte karbono dioxidoa finkatzeko metodo berriak garatzeko. Orain, azido formikotik formaldehido oso erreaktiboa sortzen duen bide metaboliko artifizial bat garatzea lortu dute, fotosintesi artifizialean bitartekari izan daitekeena. Formaldehidoa zuzenean sar daiteke hainbat bide metabolikotan beste substantzia baliotsu batzuk sortzeko, inolako efektu toxikorik gabe. Prozesu natural batean bezala, bi osagai nagusi behar dira: energia eta karbonoa. Lehenengoa ez da eguzki-argia zuzenean soilik eman daiteke, baita elektrizitatea ere – adibidez, eguzki-moduluak.
Balio-katean, karbono-iturriak aldakorrak dira. Karbono dioxidoa ez da hemen aukera bakarra, karbono-konposatu indibidual guztiei buruz ari gara (C1 eraikuntza-blokeak): karbono monoxidoa, azido formikoa, formaldehidoa, metanola eta metanoa. Hala ere, substantzia horiek ia guztiak oso toxikoak dira, bai izaki bizidunentzat (karbono monoxidoa, formaldehidoa, metanola) bai planetarentzat (metanoa, berotegi-efektuko gas gisa). Azido formikoa bere formiato basikora neutralizatu ondoren bakarrik onartzen dituzte mikroorganismo askok kontzentrazio handiak.
«Azido formikoa karbono-iturri oso itxaropentsua da», azpimarratzen du Maren Nattermannek, ikerketaren lehen egileak. «Baina in vitro formaldehido bihurtzea oso energia-intentsiboa da». Hori gertatzen da formiatoa, formiatoaren gatza, ez delako erraz formaldehido bihurtzen. «Bi molekula hauen artean hesi kimiko larri bat dago, eta benetako erreakzio bat egin aurretik, energia biokimikoaren laguntzarekin gainditu behar dugu, hau da, ATP».
Ikertzaileen helburua modu ekonomikoago bat aurkitzea zen. Azken finean, metabolismoan karbonoa sartzeko zenbat eta energia gutxiago behar izan, orduan eta energia gehiago erabil daiteke hazkundea edo ekoizpena suspertzeko. Baina ez dago halako modurik naturan. «Funtzio anitzeko entzima hibrido deiturikoak aurkitzeak sormen pixka bat eskatu zuen», dio Tobias Erbek. «Hala ere, entzima hautagaien aurkikuntza hasiera besterik ez da. Oso motelak direlako batera zenbatu daitezkeen erreakzioez ari gara; kasu batzuetan, segundoko erreakzio bat baino gutxiago dago entzima bakoitzeko. Erreakzio naturalak mila aldiz azkarrago gerta daitezke». Hemen sartzen da biokimika sintetikoa, dio Maren Nattermannek: «Entzima baten egitura eta mekanismoa ezagutzen badituzu, badakizu non esku hartu. Oso onuragarria izan da».
Entzimen optimizazioak hainbat ikuspegi dakartza: eraikuntza-blokeen truke espezializatua, ausazko mutazioen sorrera eta edukiera-hautaketa. «Formatoa eta formaldehidoa oso egokiak dira, zelula-hormak zeharkatu ditzaketelako. Formiatoa gehi diezaiokegu zelulen hazkuntza-inguruneari, eta horrek entzima bat sortzen du, eta horrek formaldehidoa koloratzaile hori ez-toxiko bihurtzen du ordu batzuk igaro ondoren», esan zuen Marenek. Nattermannek azaldu zuenez.
Emaitza horiek denbora-tarte laburrean lortzea ez litzateke posible izango errendimendu handiko metodoak erabili gabe. Horretarako, ikertzaileek Festo industria-bazkidearekin elkarlanean aritu ziren Esslingenen, Alemanian. «4.000 aldakuntza inguru egin ondoren, gure errendimendua laukoiztu egin dugu», dio Maren Nattermannek. «Horrela, E. coli mikroorganismo eredugarriaren, bioteknologiaren lan-zaldi mikrobianoaren, hazkuntzarako oinarria sortu dugu azido formikoan. Hala ere, momentuz, gure zelulek formaldehidoa bakarrik ekoiz dezakete eta ezin dute gehiago eraldatu».
Landareen Fisiologia Molekularreko Institutuko Sebastian Wink kolaboratzailearekin lankidetzan. Max Planck-eko ikertzaileek tarteko produktuak hartu eta metabolismo zentralean sartu ditzakeen andui bat garatzen ari dira. Aldi berean, taldeak karbono dioxidoa azido formiko bihurtzeko prozesu elektrokimikoari buruzko ikerketa egiten ari da Energia Kimikoaren Bihurketa Institutuko lan-talde batekin. Max Planck Walter Leitnerren zuzendaritzapean. Epe luzerako helburua "tamaina bakarra denentzako balio duen plataforma" bat da, prozesu elektrobiokimikoen bidez sortutako karbono dioxidotik intsulina edo biodiesela bezalako produktuetaraino.
Erreferentzia: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Fosfato-menpeko formiatoa formaldehido bihurtzeko kaskada berri baten garapena in vitro eta in vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez eta Tobias J. Erb, 2023ko maiatzaren 9a, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998az geroztik teknologiako albiste onenen etxea. Egon eguneratuta azken teknologiako albisteekin posta elektronikoz edo sare sozialen bidez. > Doako harpidetzarekin posta elektroniko bidezko laburpena
Cold Spring Harbor Laboratorieseko ikertzaileek aurkitu dute SRSF1, RNAren empalmeak erregulatzen dituen proteina bat, goranzko erregulazioa duela pankrean.