Sentetik metabolizma, CO2'yi kullanılabilir endüstriyel malzemelere dönüştürmenin yeni bir yolunu sunuyor

Sentetik metabolizma, CO2'yi kullanılabilir endüstriyel malzemelere dönüştürmenin yeni bir yolunu sunuyor

İklim kirliliğini faydalı bir şeye dönüştürmek uzun zamandır bilimsel bir hedef olmuştur.

Şimdi, ABD'deki araştırmacılar, karbondioksitten türetilen molekülleri değerli kimyasal yapı taşlarına dönüştürebilen tamamen yapay bir metabolizma oluşturarak bu hedefe doğru cesur bir adım attılar.

Northwestern Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi'nden sentetik biyologlar, yakalanan CO₂'den kolayca üretilen basit bir sıvı molekül olan formatı, tüm canlı hücreler tarafından kullanılan merkezi bir metabolit olan asetil-CoA'ya dönüştüren yeni bir sistem geliştirdiler.

Bir kavram kanıtı olarak, aynı sistem daha sonra asetil-CoA'yı, gıda ürünlerinde, kozmetiklerde ve biyolojik olarak parçalanabilen plastiklerde kullanılan ticari olarak değerli bir bileşik olan malata dönüştürmek için kullanıldı.

Bu çalışmayı farklı kılan şey, metabolik yolun doğada bulunmamasıdır.

Araştırmacılar, canlı organizmalara güvenmek yerine, biyolojide daha önce hiç gözlemlenmemiş reaksiyonları gerçekleştirebilen, tasarlanmış enzimlerden oluşan tamamen sentetik, hücre dışı bir sistem kurdular.

İndirgeyici Format Yolu veya ReForm olarak bilinen sistem, sentetik biyoloji ve karbon geri dönüşümünde önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor ve karbon nötr yakıtlar ve sürdürülebilir üretim için potansiyel etkileri var.

Canlı hücrelerin ötesinde metabolizma

Organizmaların içinde çalışan doğal metabolik yolların aksine, ReForm tamamen canlı hücrelerin dışında çalışır.

Bu tasarım, araştırmacıların uzun zamandır verimli CO₂ kullanımını engelleyen biyolojik sınırlamaları aşmalarına olanak tanır.

Çalışmanın ortak liderliğini yapan Northwestern'den Ashty Karim, "CO2'nin kontrolsüz salınımı, insanlık için birçok acil sosyal ve ekonomik soruna neden oldu" dedi.

"Bu küresel sorunu ele alacaksak, malların karbon negatif üretimi için yeni yollara kritik olarak ihtiyacımız var."

Karim, doğanın CO₂'yi işlemek için yollar geliştirdiğini, ancak hiçbirinin formatı asetil-CoA'ya dönüştüremediğini açıkladı.

"Doğadan ilham alarak, CO2'den türetilen formatı daha değerli malzemelere dönüştürmek için biyolojik enzimleri kullanmayı amaçladık" dedi. "Doğada bunu yapabilecek bir enzim seti olmadığı için, bir tane tasarlamaya karar verdik."

Hücrelerin dışında çalışma yeteneği, bilim insanlarına enzim konsantrasyonları, reaksiyon koşulları ve kofaktörler üzerinde hassas kontrol sağlıyor; bu, canlı sistemlerin içinde elde edilmesi neredeyse imkansız bir şey.

Enzimleri hızla tasarlamak

ReForm'un çalışması için, ekip önce tamamen yeni kimyasal görevleri yerine getirebilen enzimler yaratmak zorunda kaldı. Araştırmacılar, hücrenin moleküler mekanizmasını çıkarıp bir test tüpü ortamında çalıştıran bir teknik olan hücre dışı sentetik biyolojiye yöneldiler.

Çalışmanın ortak liderliğini yapan Stanford'dan Michael Jewett, "Bu, bir arabanın kaputunu açıp motoru çıkarmaya benziyor" dedi. "Daha sonra, bu 'motoru' arabanın kısıtlamalarından bağımsız olarak farklı amaçlar için kullanabiliriz."

Bu yaklaşım, araştırmacıların 66 enzimi ve 3.000'den fazla enzim varyantını hızla taramasına ve en iyi performans gösterenleri aylar yerine haftalar içinde belirlemesine olanak sağladı.

Karim, "Hücre dışı ortam, haftada binlerce test yapmamızı sağladı" dedi.

Son tasarımda, beş mühendislik ürünü enzim, formatı asetil-CoA'ya dönüştürmek için altı reaksiyon adımını gerçekleştiriyor. Ekip ayrıca ReForm'un formaldehit ve metanol de dahil olmak üzere diğer tek karbonlu girdileri de kabul edebileceğini gösterdi.

Jewett, "ReForm, çeşitli karbon kaynaklarını kolayca kullanabilir" dedi. "Bu, bunu yapabilen sentetik bir metabolik yol mimarisinin ilk gösterimidir."

Kaynak: IE