Format kann als d'Grondlag vun enger CO2-neutraler Bioökonomie ugesi ginn, déi aus CO2 mat (elektro)chemesche Methoden produzéiert a mat Hëllef vun enzymatesche Kaskaden oder konstruéierte Mikroorganismen a Wäertprodukter ëmgewandelt gëtt. E wichtege Schrëtt fir d'Erweiderung vun der Assimilatioun vu syntheteschem Format ass seng thermodynamesch komplex Reduktioun vu Formaldehyd, déi hei als giel Faarfännerung erschéngt. Quell: Institut fir Terrestresch Mikrobiologie Max Planck/Geisel.
Wëssenschaftler vum Max-Planck-Institut hunn e synthetesche Stoffwiesselwee entwéckelt, deen Kuelendioxid mat Hëllef vun Amberesäure a Formaldehyd ëmwandelt, wat eng CO2-neutral Method bitt fir wäertvoll Materialien ze produzéieren.
Nei anabolesch Weeër fir d'Kuelendioxid-Fixéierung hëllefen net nëmmen, de Kuelendioxidniveau an der Atmosphär ze reduzéieren, mä kënnen och déi traditionell chemesch Produktioun vu Pharmazeutika an aktiven Zutaten duerch kuelestoffneutral biologesch Prozesser ersetzen. Nei Fuerschung weist e Prozess, bei deem Amberesäure benotzt ka ginn, fir Kuelendioxid an e Material ëmzewandelen, dat fir d'biochemesch Industrie wäertvoll ass.
Wéinst dem Opstig vun den Treibhausgasemissiounen ass d'Kuelestoffspäicherung oder Kuelendioxidspäicherung aus groussen Emissiounsquellen en dréngend Thema. An der Natur geet d'Assimilatioun vu Kuelendioxid zënter Millioune vu Joer weider, awer seng Kraaft ass wäit net genuch fir déi anthropogen Emissiounen ze kompenséieren.
Fuerscher ënnert der Leedung vum Tobias Erb vum Institut fir Terrestresch Mikrobiologie. De Max Planck benotze natierlech Tools fir nei Methoden fir Kuelendioxid ze fixéieren z'entwéckelen. Si hunn et elo fäerdeg bruecht, e künstleche Stoffwiesselwee z'entwéckelen, deen héichreaktivt Formaldehyd aus Ameensäure produzéiert, en eventuellen Zwëschenprodukt an der künstlecher Fotosynthese. Formaldehyd kann direkt a verschidde Stoffwiesselweeër andréngen fir aner wäertvoll Substanzen ze bilden, ouni gëfteg Effekter. Wéi bei engem natierleche Prozess ginn zwou Haaptzutaten erfuerderlech: Energie a Kuelestoff. Déi éischt kann net nëmme duerch direkt Sonneliicht, mä och duerch Elektrizitéit geliwwert ginn - zum Beispill Solarmoduler.
An der Wäertkette si Kuelestoffquellen variabel. Kuelendioxid ass hei net déi eenzeg Optioun, mir schwätze vun all den eenzelne Kuelestoffverbindungen (C1-Bausteng): Kuelemonoxid, Formaldehyd, Formaldehyd, Methanol a Methan. Bal all dës Substanzen si awer héich gëfteg, souwuel fir lieweg Organismen (Kuelemonoxid, Formaldehyd, Methanol) wéi och fir de Planéit (Methan als Treibhausgas). Eréischt nodeems d'Formiat zu senger Basis neutraliséiert gouf, toleréiere vill Mikroorganismen héich Konzentratioune dovun.
„Ameensäure ass eng ganz villverspriechend Quell vu Kuelestoff“, betount d'Maren Nattermann, Éischtautorin vun der Studie. „Awer d'Ëmwandlung a Formaldehyd in vitro ass ganz energieintensiv.“ Dëst läit dorun, datt Format, d'Salz vum Format, sech net einfach a Formaldehyd ëmwandele léisst. „Et gëtt eng eescht chemesch Barrière tëscht dësen zwou Molekülen, an ier mir eng richteg Reaktioun duerchféiere kënnen, musse mir se mat Hëllef vun der biochemescher Energie – ATP – iwwerwannen.“
D'Zil vun de Fuerscher war et, e méi wirtschaftleche Wee ze fannen. Wat manner Energie gebraucht gëtt, fir Kuelestoff an de Metabolismus ze fidderen, wat méi Energie ka benotzt ginn, fir Wuesstem oder Produktioun ze stimuléieren. Mä sou e Wee gëtt et an der Natur net. „D'Entdeckung vu sougenannten Hybridenzymer mat ville Funktiounen huet eng gewëssen Kreativitéit erfuerdert“, seet den Tobias Erb. „D'Entdeckung vu Kandidatenzymer ass awer nëmmen den Ufank. Mir schwätze vu Reaktiounen, déi zesumme gezielt kënne ginn, well se ganz lues sinn - a verschiddene Fäll gëtt et manner wéi eng Reaktioun pro Sekonn pro Enzym. Natierlech Reaktioune kënne mat enger Geschwindegkeet oflafen, déi dausendmol méi séier ass.“ Hei kënnt d'synthetesch Biochemie an d'Spill, seet d'Maren Nattermann: „Wann Dir d'Struktur an de Mechanismus vun engem Enzym kennt, wësst Dir, wou Dir agräife musst. Et war vu groussem Virdeel.“
D'Enzymoptimiséierung ëmfaasst verschidde Methoden: spezialiséierten Austausch vu Bausteng, zoufälleg Mutatiounsgeneratioun a Kapazitéitsauswiel. „Souwuel Format wéi och Formaldehyd si ganz gëeegent, well se Zellwänn andrénge kënnen. Mir kënnen dem Zellkulturmedium Format bäiginn, wat en Enzym produzéiert, deen de resultéierende Formaldehyd no e puer Stonnen an e net-gëftege giele Faarfstoff verwandelt“, sot de Maren. Den Nattermann huet erkläert.
Resultater an esou enger kuerzer Zäit wieren ouni den Asaz vun High-Throughput-Methoden net méiglech gewiescht. Fir dëst ze maachen, hunn d'Fuerscher mam Industriepartner Festo zu Esslingen, Däitschland, zesummegeschafft. „No ongeféier 4.000 Variatiounen hu mir eisen Ertrag vervierfacht“, seet d'Maren Nattermann. „Domat hu mir d'Basis fir de Wuesstum vum Modellmikroorganismus E. coli, dem mikrobiellen Aarbechtspäerd vun der Biotechnologie, op Amberesäure geschaf. Am Moment kënnen eis Zellen awer nëmme Formaldehyd produzéieren a kënnen net weider transforméieren.“
A Kooperatioun mat sengem Mataarbechter Sebastian Wink vum Institut fir Planzemolekularphysiologie entwéckelen d'Fuerscher vum Max-Planck de Moment eng Stamm, déi Zwëschenprodukter ophuele kann an an den zentralen Metabolismus aféiere kann. Gläichzäiteg féiert d'Team Fuerschung iwwer d'elektrochemesch Ëmwandlung vu Kuelendioxid a Formesäure mat enger Aarbechtsgrupp vum Institut fir chemesch Energieëmwandlung vum Max-Planck ënner der Leedung vum Walter Leitner duerch. D'laangfristegt Zil ass eng "One-Size-Fits-All-Plattform", vu Kuelendioxid, deen duerch elektrobiochemesch Prozesser produzéiert gëtt, bis zu Produkter wéi Insulin oder Biodiesel.
Referenz: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu „Entwécklung vun enger neier Kaskad fir d'Ëmwandlung vu phosphatofhängegem Format a Formaldehyd in vitro an in vivo“, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, an Tobias J. Erb, 9. Mee 2023, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: D'Heemecht vun de beschten Tech-Neiegkeeten zënter 1998. Bleift iwwer déi lescht Tech-Neiegkeeten per E-Mail oder soziale Medien um Lafenden. > E-Mail-Digest mat gratis Abonnement
Fuerscher vun de Cold Spring Harbor Laboratories hunn erausfonnt, datt SRSF1, e Protein dat d'RNA-Splicing reguléiert, an der Bauchspaicheldrüs eropreguléiert ass.