Німецькі вчені розробили ефективний спосіб поглинання вуглекислого газу з повітря

Незважаючи на широкий спектр організмів, які здатні виробляти ферменти для перетворення вуглекислого газу в органічні сполуки, ніхто ще не встигнути використовувати цю можливість для перетворення CO2 в біопаливо або відновлювані джерела для отримання цінних хімічних речовин. Занадто багато вуглекислих газів в атмосфері є серйозною проблемою, але деякі вчені бачать її як можливість.

Команда дослідників Інституту мікробіології ім. Макса Планка в м. Марбург, Німеччина розробила новий високоефективний метод переробки CO2 для рослин. На основі нового ферменту для карбонового захоплення, завдяки якому цей процес може переохотитититично йти 2-3 рази швидше.

Рослини і водорості досить хороші при зниженні кількості вуглекислого газу в атмосфері. Щорічно споживають близько 350 мільярдів тонн CO2 по всьому світу. Майже всі рослини роблять це через той же хімічний процес, ряд хімічних реакцій, які називають циклом Калвіна.

Цикл Калвін - це сукупність молекулярних трансформацій, в яких три прості атоми молекули CO2 повільно перетворюються в глюкозу, складний цукор. Цей метод добре відхилений еволюцією, але вчені знайшли спосіб його покращення.


Успішне завершення циклу Калвіна залежить від конкретного молекулярного інструменту, рибулозубісфосфатної карбоксильази (RuBisCO), ферменту, який захоплює CO2 від атмосфери і формує велику молекулу для початку перетворення. Проблема полягає в тому, що RuBisCO робить його відносно повільно. Крім того, одна в п'яти спробах RuBisCO для захоплення CO2 викликає втрати вуглецю від циклу Calvin і зменшує ефективність фотосинтезу.

Біохіміки на чолі з Tobias Erb розробили тестовий цикл вуглецю, схожий на цикл Calvin. Основна відмінність полягає в тому, що він використовує більш швидкий і більш ефективний молекулярний інструмент, фермент ECR, який робить таку ж роботу як RuBisCO, тільки в 9 разів швидше. Ерб назвав цей процес цикл CETCH. Крім ферменту ECR, вчені послідовно і синтезували 16 каталізаторів з 9 різних організмів для циклу CETCH.

Цикл CETCH перетворює Airborne CO2 в glyoxylate на 11 кроків. Кожен крок вимагає ферменту, який перетворює молекули. Кожен з цих ферментів був ретельно відібраний з 40,000 відомих каталізаторів. Деякі з них були знайдені в організмі людини і кишкових бактерій, інші були взяті з рослин і мікробів, які живуть в океанах.

Эрб і його колеги перевірили цикл CETCH у своїй лабораторії. Вони поєднують всі каталізатори, виготовлені з хімічного палива і розраховують, скільки вуглекислого газу було видалено з повітря. Вони виявили, що їх цикл був 25% більш ефективним, ніж цикл Калвіна в рослинах і водоростей. CETCH перетворює вуглекислий газ в органічні молекули з розрахунку 5 nmol CO2 в хвилину на міліграму білка.

Удосконалено успішне відновлення синтетичної ферментативної мережі в метео, що також може конкурувати з природними циклами, Erb відкриває кілька дверей для використання технології CETCH. Запровадження синтетичних ферментів у живий організм, цикл CETCH підтримує природні фотосинтези. В кінці може слугувати імпульсом для розвитку самодостатнього, повністю синтетичного вуглецевого обміну в бактеріальних і алгальних системах.

Ерб відзначає, що на цьому етапі дуже важко передбачити, як швидко синтезувати CETCH буде у порівнянні з циклом Калвіна, який працює в живих організмах. Але через кілька кроків і його ферментів швидше, вчені очікують, що він прискорить два або три рази. Це може бути трохи повільніше, ніж цикл Калвіна. Вчені не знають нічого.

Незважаючи на те, що гліоксилат виробляється під час циклу CETCH значно використовується самостійно, він може легко перетворюватися в іншу хімічну придатність для біопаливо або анітіотики.

Вчені сподіваються, що один день цикл CETCH може бути введений в живий організм за допомогою генетичної техніки. Однак це дуже складне завдання, яке вимагає багато досліджень. Команда Erb не має ідеї, що буде відбуватися, якщо їх цикл було розміщено всередині системи живої клітинки.

«Приявіть, що вчені змогли створити щось схоже на штучні листки або будь-яку іншу гібридну систему, в якій фотоелектричні сонячні панелі можуть працювати водоростей і бактерій, що живуть під ними». Потім, використовуючи цикл CETCH, вони зможуть поглинати вуглекислий газ і виробляти корисні хімічні речовини, говорить Tobias Erb.

Вся хімічна галузь ґрунтується на використанні викопних видів палива. Пластика і текстиль, техніка та антибіотики виробляються з величезною кількістю викидів вуглекислого газу. хімічне виробництво може активно боротися з змінами клімату, створюючи корисні продукти CO2.

Наукова робота опублікована в журналі Science 18 листопада 2016 року
DOI: 10.1126 / наука.aah5237

Джерело: geektimes.ru/post/282758/