Все новости

Кишечную палочку научили питаться углекислым газом

Правда, пока она производит больше CO2, чем "съедает"
Увеличенное изображение кишечной палочки Eric Erbe/colorization by Christopher Pooley/USDA/ARS/EMU
Описание
Увеличенное изображение кишечной палочки
© Eric Erbe/colorization by Christopher Pooley/USDA/ARS/EMU

ТАСС, 28 ноября. Израильские молекулярные биологи вывели новый штамм кишечной палочки, которые мжоет питаться чистой углекислотой и извлекать энергию из химических реакций с участием молекул CO2. Подобные микробы помогут замедлить глобальное потепление, пишут ученые в статье для научного журнала Cell.

"Переключение "диеты" кишечной палочки, главной "рабочей лошадки" всех биотехнологий, стало большим шагом в сторону решения проблем [производства пищи и топлива на глобальном уровне, а также замедления выбросов парниковых газов]", - прокомментировал исследование один из его авторов, биолог из Института имени Вейцмана (Израиль) Рон Майло.

Первые микробы-аутотрофы, которые могут поглощать простые неорганические химические вещества и извлекать из них энергию, возникли примерно 3,9-3,65 миллиарда лет назад, фактически сразу после того, как на Земле появились все необходимые условия для зарождения жизни. Эти организмы научились использовать для производства сложной органики самые разные вещества, начиная с водорода и заканчивая экзотическими солями железа и соединениями серы.

Одним из самых больших исключений в этом отношении выступал углекислый газ. Земная жизнь научилась использовать его в своих целях только через миллиард лет после ее появления, когда возникли первые фотосинтезирующие организмы. Это связано с тем, что молекулы СО2 необычайно устойчивы с химической точки зрения - для того, чтобы их расщепить, нужно очень много энергии.

Поэтому сегодня на Земле, помимо фотосинтезирующих цианобактерий, нет микробов, которые могут  питаться или дышать углекислым газом. Только один вид бактерий, экстремофилы Prosthecochloris aestaurii, которые живут  в водах сверхсоленых озер, научился превращать молекулы СО2 в питательные вещества. Для этого они захватывают электроны, которые вырабатывает знаменитая "электробактерия" Geobacter sulfurreducens.

Подсказки эволюции

В прошлом, как отмечают Майло и его коллеги, ученые пытались "научить" других микробов питаться углекислым газом, модифицируя их геном и пересаживая в ДНК те гены, которые в теории могут взаимодействовать с углекислотой. На практике подобные эксперименты всегда заканчивались провалом или приводили к появлению бактерий, которые научились поглощать углекислый газ только в присутствии определенных химикатов, которых в природе не существует.

Израильские молекулярные биологи решили эту проблему, подойдя к ней с несколько другой стороны. Они не только пересадили новые сегменты ДНК в геном кишечной палочки, но и отключили часть генов, отвечающих за захват, расщепление и переработку сахаров и прочих органических молекул, которыми питаются эти микробы.

Дальше в дело вступила эволюция. Выращивая микробов в среде, которая была бедна сахарами, но благоприятствовала расщеплению молекул СО2, ученые надеялись, что естественный отбор подтолкнет бактерий постепенно перейти на питание углекислотой.

Как оказалось, подобная методика действительно позволяет очень быстро "научить" кишечную палочку питаться чистой углекислотой, не используя для пополнения запасов энергии внешние источники любой сложной органики. Для этого, как выяснили ученые, в ключевых генах, которые управляют метаболизмом микробов, должны появиться всего 11 мутаций.

Пока у этих штаммов кишечной палочки есть один большой недостаток - они выделяют больше СО2, чем поглощают, так как для его расщепления им нужен источник свободных электронов, в роли которого сейчас используется формалин. В ближайшем будущем, как надеются Майло и его команда, эволюция поможет им создать новые версии кишечной палочки без этого недостатка, которые были бы полностью готовы к борьбе с глобальным потеплением и производству биомассы из атмосферного СО2.