Fomu inaweza kuonekana kama uti wa mgongo wa uchumi usio na kaboni, unaozalishwa kutoka kwa CO2 kwa kutumia mbinu za kemikali (elektroni) na kubadilishwa kuwa bidhaa zilizoongezwa thamani kwa kutumia kaskazi za kimeng'enya au vijidudu vilivyoundwa. Hatua muhimu katika kupanua ufyonzaji wa fomu bandia ni upunguzaji wake tata wa formaldehyde, ambao hapa unaonekana kama mabadiliko ya rangi ya njano. Chanzo: Taasisi ya Microbiolojia ya Dunia Max Planck/Geisel.
Wanasayansi katika Taasisi ya Max Planck wameunda njia ya kimetaboliki ya sintetiki ambayo hubadilisha kaboni dioksidi kuwa formaldehyde kwa msaada wa asidi ya fomi, na kutoa njia isiyo na kaboni ya kutoa vifaa vyenye thamani.
Njia mpya za anaboliki za kuweka kaboni dioksidi sio tu kwamba husaidia kupunguza viwango vya kaboni dioksidi angani, lakini pia zinaweza kuchukua nafasi ya uzalishaji wa kemikali wa jadi wa dawa na viambato amilifu na michakato ya kibiolojia isiyo na kaboni. Utafiti mpya unaonyesha mchakato ambao asidi fomi inaweza kutumika kubadilisha kaboni dioksidi kuwa nyenzo yenye thamani kwa tasnia ya biokemikali.
Kwa kuzingatia ongezeko la uzalishaji wa gesi chafuzi, ufyonzaji wa kaboni au ufyonzaji wa kaboni dioksidi kutoka vyanzo vikubwa vya uzalishaji ni suala muhimu. Kwa asili, ufyonzaji wa kaboni dioksidi umekuwa ukiendelea kwa mamilioni ya miaka, lakini nguvu yake haitoshi hata kidogo kufidia uzalishaji wa gesi chafuzi unaosababishwa na binadamu.
Watafiti wakiongozwa na Tobias Erb wa Taasisi ya Microbiolojia ya Dunia. Max Planck hutumia zana asilia kutengeneza mbinu mpya za kurekebisha kaboni dioksidi. Sasa wamefanikiwa kutengeneza njia bandia ya kimetaboliki ambayo hutoa formaldehyde tendaji sana kutoka kwa asidi ya fomi, ambayo inaweza kuwa kati katika usanisinuru bandia. Formaldehyde inaweza kuingia moja kwa moja katika njia kadhaa za kimetaboliki ili kuunda vitu vingine vya thamani bila athari yoyote ya sumu. Kama ilivyo kwa mchakato wa asili, viungo viwili vikuu vinahitajika: nishati na kaboni. Ya kwanza inaweza kutolewa sio tu na jua moja kwa moja, bali pia na umeme - kwa mfano, moduli za jua.
Katika mnyororo wa thamani, vyanzo vya kaboni vinaweza kutofautiana. Dioksidi kaboni sio chaguo pekee hapa, tunazungumzia misombo yote ya kaboni (vitalu vya ujenzi vya C1): monoksidi kaboni, asidi ya fomi, formaldehyde, methanoli na methane. Hata hivyo, karibu vitu hivi vyote ni sumu kali, kwa viumbe hai (monoksidi kaboni, formaldehyde, methanoli) na kwa sayari (methane kama gesi chafu). Ni baada tu ya asidi fomi kugeuzwa kuwa umbo lake la msingi ndipo vijidudu vingi huvumilia viwango vya juu vyake.
"Asidi ya fomi ni chanzo chenye matumaini makubwa cha kaboni," anasisitiza Maren Nattermann, mwandishi wa kwanza wa utafiti huo. "Lakini kuibadilisha kuwa formaldehyde katika vitro kunatumia nishati nyingi sana." Hii ni kwa sababu formate, chumvi ya formate, haibadilishwi kwa urahisi kuwa formaldehyde. "Kuna kizuizi kikubwa cha kemikali kati ya molekuli hizi mbili, na kabla hatujaweza kufanya mmenyuko halisi, lazima tushinde kwa msaada wa nishati ya kibiokemikali - ATP."
Lengo la watafiti lilikuwa kutafuta njia ya kiuchumi zaidi. Baada ya yote, kadiri nishati inavyohitajika kidogo kulisha kaboni kwenye kimetaboliki, ndivyo nishati zaidi inaweza kutumika kuchochea ukuaji au uzalishaji. Lakini hakuna njia kama hiyo katika maumbile. "Ugunduzi wa kinachojulikana kama vimeng'enya mseto vyenye kazi nyingi ulihitaji ubunifu fulani," anasema Tobias Erb. "Hata hivyo, ugunduzi wa vimeng'enya vichache ni mwanzo tu. Tunazungumzia kuhusu athari ambazo zinaweza kuhesabiwa pamoja kwa sababu ni polepole sana—katika baadhi ya matukio, kuna athari ndogo kuliko moja kwa sekunde kwa kila kimeng'enya. Athari za asili zinaweza kuendelea kwa kasi ambayo ni mara elfu zaidi." Hapa ndipo biokemia ya sintetiki inapoingia, anasema Maren Nattermann: "Ukijua muundo na utaratibu wa kimeng'enya, unajua wapi pa kuingilia kati. Imekuwa na faida kubwa."
Uboreshaji wa kimeng'enya unahusisha mbinu kadhaa: ubadilishanaji maalum wa vitalu vya ujenzi, uzalishaji wa mabadiliko bila mpangilio, na uteuzi wa uwezo. "Fomate na formaldehyde zote zinafaa sana kwa sababu zinaweza kupenya kuta za seli. Tunaweza kuongeza fomate kwenye njia ya uundaji wa seli, ambayo hutoa kimeng'enya kinachobadilisha formaldehyde inayotokana kuwa rangi ya njano isiyo na sumu baada ya saa chache," Maren alisema. Nattermann alielezea.
Matokeo katika kipindi kifupi kama hicho yasingewezekana bila matumizi ya mbinu za uzalishaji wa juu. Ili kufanya hivyo, watafiti walishirikiana na mshirika wa viwanda Festo huko Esslingen, Ujerumani. "Baada ya tofauti zipatazo 4,000, tuliongeza mavuno yetu mara nne," anasema Maren Nattermann. "Kwa hivyo, tumeunda msingi wa ukuaji wa vijidudu vya mfano E. coli, farasi wa kazi wa kibayolojia, kwenye asidi ya fomi. Hata hivyo, kwa sasa, seli zetu zinaweza kutoa formaldehyde tu na haziwezi kubadilika zaidi."
Kwa kushirikiana na mshirika wake Sebastian Wink kutoka Taasisi ya Fiziolojia ya Masi ya Mimea. Watafiti wa Max Planck kwa sasa wanaendeleza aina ambayo inaweza kuchukua vitu vya kati na kuviingiza katika umetaboli wa kati. Wakati huo huo, timu hiyo inafanya utafiti kuhusu ubadilishaji wa kielektroniki wa kaboni dioksidi kuwa asidi ya fomi na kikundi kazi katika Taasisi ya Ubadilishaji wa Nishati ya Kemikali. Max Planck chini ya uongozi wa Walter Leitner. Lengo la muda mrefu ni "jukwaa moja linalofaa wote" kutoka kwa kaboni dioksidi inayozalishwa na michakato ya kielektroniki hadi bidhaa kama vile insulini au biodiesel.
Marejeleo: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Ukuzaji wa msururu mpya wa ubadilishaji wa umbo linalotegemea fosfeti kuwa formaldehyde ndani ya vitro na ndani ya mwili”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, na Tobias J. Erb, Mei 9, 2023, Mawasiliano ya Mazingira.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Nyumbani kwa habari bora za teknolojia tangu 1998. Endelea kupata habari mpya za teknolojia kupitia barua pepe au mitandao ya kijamii. > Muhtasari wa barua pepe ukitumia usajili bila malipo
Watafiti katika Maabara ya Cold Spring Harbor waligundua kuwa SRSF1, protini inayodhibiti uunganishaji wa RNA, imeongezeka katika kongosho.