ГЛАВНАЯ » 2012 » Апрель » 2 » Биохимики научили бактерии превращать углекислый газ в спирт
17:39
Биохимики научили бактерии превращать углекислый газ в спирт
Американские
ученые создали особый штамм бактерий из рода Ralstonia, которые
поглощают углекислый газ и перерабатывают его в бутанол и другие простые
спирты, которые можно использовать в качестве биотоплива, говорится в
статье, опубликованной в журнале Science.
На
сегодняшний день биологи вывели несколько штаммов кишечной палочки и
других бактерий, способных превращать растительное сырье или другую
органику в биотопливо. Во многих случаях исследователи добивались
успеха, однако в подавляющем числе случаев эффективность таких
бактериальных «мануфактур» намного ниже минимально допустимых значений
для их коммерческого применения.Группа
биохимиков под руководством Джеймса Ляо (James Liao) из университета
штата Калифорния в Лос-Анжелесе проводила опыты с различными штаммами
бактерии Ralstonia eutropha.Как
объясняют ученые, эта бацилла относится к особому классу бактерий,
которые могут питаться водородом и не нуждаются в кислороде или в других
«особых» условиях среды для выживания. Ферменты из семейства гидрогеназ
– окислителей водорода – являются ключевым элементом микроба для его
выживания.
Достаточно
долгое время ученые пытаются «прочитать» молекулярную структуру
растворимой версии этой фермента, что позволит синтезировать и
использовать его без участия бактерий.
Ляо
и его коллеги вставили в геном Ralstonia eutropha несколько генов,
заставляющих ее превращать излишки энергии в бутанол и другие
органические спирты. Осталось найти надежный и безопасный источник
водорода – использование чистого водорода было бы крайне опасным
занятием, так как любая утечка может обернуться мощнейшим взрывом.
Авторы
статьи воспользовались тем, что бактерия умеет использовать молекулы
муравьиной кислоты в качестве источника водорода. Ralstonia eutropha
поглощает молекулы кислоты, расщепляет ее на молекулу водорода и
углекислого газа и использует первую как «топливо», а вторую – в
качестве «стройматериалов» клетки. При этом муравьиную кислоту
достаточно легко получить, если одновременно пропускать через воду
углекислый газ и электрический ток.
Биохимики
проверили работу бактериальной «мануфактуры», поместив колонию бактерий
в сосуд, через который пропускался электрический ток и углекислый газ. К
разочарованию ученых, ток блокировал рост колонии, так как в жидкости
постоянно появлялись токсичные для микробов пероксид водорода, оксид
азота и атомарный кислород.Исследователи
решили эту проблему, обернув анод – отрицательный полюс устройства –
тонким слоем пористой керамики. Керамическая «чаша» действовала как
частично проницаемая мембрана, пропускающая молекулы муравьиной кислоты и
препятствующая «побегу» токсичных соединений.
По
оценкам Ляо и его коллег, такая конструкция позволяет колонии расти и
вырабатывает приемлемое количество биотоплива. Как считают ученые,
их изобретение может применяться для получения биотоплива из
электричества, вырабатываемого солнечными батареями, ветряками и другими
возобновляемыми источниками энергии.