Биохимики научили бактерии превращать углекислый газ в спирт
Американские ученые создали особенный штамм бактерий из рода Ralstonia, каковые поглощают углекислый газ и перерабатывают его в бутанол и другие простые спирты, каковые возможно применять в качестве биологического топлива, говорится в статье, размещённой в издании Science.
На сегодня биологи вывели пара штаммов кишечной других бактерий и палочки, талантливых превращать растительное сырье либо другую органику в биологическое топливо. Во многих случаях исследователи получали успеха, но в подавляющем числе случаев эффективность таких бактериальных «мануфактур» намного ниже минимально допустимых значений для их коммерческого применения.
Несколько биохимиков под управлением Джеймса Ляо (James Liao) из университета штата Калифорния в Лос-Анжелесе проводила испытания с разными штаммами бактерии Ralstonia eutropha.
Как растолковывают ученые, эта бацилла относится к особенному классу бактерий, каковые смогут питаться водородом и не нуждаются в кислороде либо в других «особенных» условиях среды для выживания. Ферменты из семейства гидрогеназ – окислителей водорода – являются главным элементом микроба для его выживания.
Достаточно продолжительное время ученые пробуют «прочесть» молекулярную структуру растворимой версии данной фермента, что разрешит синтезировать и применять его без участия бактерий.
Ляо и его сотрудники засунули в геном Ralstonia eutropha пара генов, заставляющих ее превращать излишки энергии в бутанол и другие органические спирты. Осталось отыскать надежный и надёжный источник водорода – применение чистого водорода было бы очень страшным занятием, поскольку каждая утечка может обернуться замечательнейшим взрывом.
Авторы статьи воспользовались тем, что бактерия может применять молекулы муравьиной кислоты в качестве источника водорода. Ralstonia eutropha поглощает молекулы кислоты, расщепляет ее на молекулу водорода и углекислого газа и применяет первую как «горючее», а вторую – в качестве «строительных материалов» клетки. Наряду с этим муравьиную кислоту достаточно легко взять, в случае если в один момент пропускать через воду электрический ток и углекислый газ.
Биохимики удостоверились в надежности работу бактериальной «мануфактуры», поместив колонию бактерий в сосуд, через что пропускался углекислый газ и электрический ток. К разочарованию ученых, ток блокировал рост колонии, поскольку в жидкости всегда появлялись токсичные для микробов пероксид водорода, атомарный кислород и оксид азота.
Исследователи решили эту проблему, обернув анод – отрицательный полюс устройства – узким слоем пористой керамики. Керамическая «чаша» действовала как частично проницаемая мембрана, пропускающая молекулы муравьиной кислоты и мешающая «побегу» токсичных соединений.
По оценкам Ляо и его сотрудников, такая конструкция разрешает колонии расти и производит приемлемое количество биологического топлива. Как вычисляют ученые, их
изобретение может использоваться чтобы получить биотопливо из электричества, вырабатываемого солнечными батареями, ветряками и другими возобновляемыми источниками энергии.