Подходът може да превърне бактериите в биологични фабрики за енергия и дори храна

Бактерията Escherichia coli е проектирана да расте чрез консумация на въглероден диоксид. Изследователите са създали неин щам в лабораторни условия. Тя расте, като консумира въглероден диоксид вместо захари или други органични молекули.

Според твърденията това постижение е важно, тъй като драстично променя вътрешното функциониране на един от най-популярните модели организми в биологията. Е. coli хранеща се с CO2, може да се използва за производството на органични въглеродни молекули. Те от своя страна могат да играят ролята на биогорива или за производство на храна. Продуктите, направени по този начин, биха имали по-ниски емисии в сравнение с конвенционалните производствени методи. Те могат потенциално да отстранят газа от въздуха.

Растения и фотосинтетични цианобактерии произвеждащи кислород, използват енергията от светлината, за да трансформират СО2 в съдържащите въглерод градивни елементи на живота, включително ДНК, протеини и мазнини. Но тези организми могат да бъдат трудно модифицирани генетично, което забавя усилията за превръщането им в биологични фабрики.

За разлика от тях, E. coli е сравнително лесно поддаваща се на инженерство и нейният бърз растеж може да доведе до оптимизиране на генетичните промени. Но бактерията предпочита да расте чрез захари като глюкоза, вместо да консумира CO2. В резултат тя отделя газа като отпадък.

Биолози от Института за наука в Израел са прекарали последното десетилетие в основна промяна в диетата на Е. коли. През 2016 година те създават втори щам, който консумира CO2, но съединението представлява само част от приема на въглерод в организма. Останалото е органично съединение, с което бактериите се хранят.

Диета на газ

В най-новата работа на екипа се използват микс от генно инженерство и еволюция в лабораторията, за да се създаде щам на E. coli, който може да получи целия си въглерод от CO2. Първоначално на бактериите са предоставени двойка ензими, които позволяват на фотосинтетичните организми да преобразуват CO2 в органичен въглерод. Растенията и цианобактериите захранват това преобразуване със светлина, но това не е възможно за E. coli. Вместо това екипът вмъква ген, който позволява на бактерията да събира енергия от органична молекула.

Дори и с тези добавки, бактерията отказва да замести захарните си храни. За да избегнат проблема, изследователите култивират последователни поколения от модифицираната E. coli. В продължение на една година им дават само минимални количества захар и CO2 в концентрации около 250 пъти повече от тези в земната атмосфера. Надеждите бяха бактериите да развият мутации, за да се адаптират към тази нова храна. След около 200 дни се появиха първите клетки, способни да използват CO2 като единствен източник на въглерод. След още 300 дни тези бактерии показват бърз растеж в лабораторни условия.

Щамовете на E.coli все още могат да растат върху захар и използват този източник на гориво пред CO2. В сравнение с нормалната Е. coli, която може да се удвои на брой на всеки 20 минути, автотрофната Е. coli е изоставаща. Тя се разделя на всеки 18 часа, когато се отглежда в атмосфера, която е 10% CO2. Бактериите не могат да издържат без захар при наличните атмосферни нива на CO2.

Екипът от учени се надява бактериите да растат по-бързо и да живеят при по-ниски нива на CO2. Те също се опитват да разберат как Е. coli еволюира за да се храни само с въглероден диоксид.

Работата е крайъгълен камък и показва силата на инженерството и еволюцията за подобряване на естествените процеси. Бактерията се използва за производство на синтетични версии на полезни химикали като инсулин и човешки хормон на растежа. Работата на екипа би могла да разшири продуктите, които бактериите могат да произведат. Такива са възобновяеми горива, храни и други вещества. Плановете не предвиждат това да е факт в близко бъдеще. Но усилията все пак могат да са увенчани с успех.