Zmodyfikowane E. coli nie potrzebują cukrów, żywią się dwutlenkiem węgla
Izraelskim naukowcom udało się stworzyć bakterie Escherichia coli, które żywią się dwutlenkiem węgla a nie cukrami i innymi molekułami organicznymi. To jak metaboliczny przeszczep serca, komentuje biochemik Tobias Erb z Instytutu Mikrobiologii im.Maksa Plancka w Marburgu, który nie był zaangażowany w badania.
To niezwykle ważna osiągnięcie, gdyż całkowicie zmienia sposób funkcjonowania jednego z najważniejszych organizmów modelowych w biologii. Ponadto w przyszłości można by wykorzystać odżywiające się CO2 E. coli do tworzenia organicznych molekuł, które mogłoby być wykorzystywane do produkcji żywności lub jako biopaliwa. Produkcja takich towarów powinna wiązać się z mniejszą emisją węgla do atmosfery, a być może udałoby się też usuwać CO2 z powietrza.
Rośliny i cyjanobakterie wykorzystują światło do zamiany dwutlenku węgla w przydatne molekuły, takie jak DNA, proteiny czy tłuszcze. Jednak organizmy te trudno jest modyfikować genetycznie, przez co dotychczas nie udało się stworzyć z nich wielkich biologicznych fabryk. E. coli łatwo jest modyfikować, a szybki wzrost tego organizmu oznacza, że można ją równie szybko testować i dostosowywać do naszych potrzeb. Problem jednak w tym, że E. coli żywi się cukrami i emituje CO2.
Biolog Ron Milo i jego zespół z Instytutu Weizmanna, od dekady pracują nad zmianą diety E. coli. W 2016 roku opracowali bakterię, które żywiła się CO2, jednak dwutlenek węgla stanowił niewielki odsetek jej zapotrzebowania na węgiel.
Ostatnio Milo wraz z kolegami wykorzystali techniki inżynierii genetycznej oraz ewolucji w laboratorium i stworzyli szczep E. coli, który cały potrzebny węgiel czerpie z dwutlenku węgla. Najpierw naukowcy wyposażyli bakterię w enzymy, które organizmy przeprowadzające fotosyntezę wykorzystują do zamiany CO2 w węgiel organiczny. Dodatkowo E. coli trzeba było wyposażyć w gen, który umożliwiał jej czerpanie energii z mrówczanów. Jednak nawet wówczas bakteria nie chciała rozwijać się bez obecności cukrów. Wówczas naukowcy zaprzęgnęli do pracy ewolucję. Przez rok hodowali kolejne pokolenia E. coli, które przetrzymywano w warunkach 250-krotnie wyższej koncentracji CO2 niż w atmosferze ziemskiej i podawano minimalne ilości cukrów. Po około 200 dniach pojawiły się pierwsze bakterie zdolne do wykorzystania CO2 jako jedynego źródła cukru. Po około 300 dniach bakterie te w warunkach laboratoryjnych namnażały się szybciej, niż bakterie, które nie wykorzystywały dwutlenku węgla.
Milo mówi, że zmodyfikowane E. coli wciąż mają zdolność wykorzystywania cukrów i, jeśli mogą, to właśnie je preferują. Rozwijają się też wolniej. Standardowe E. coli dwukrotnie zwiększają swoją liczbę co 20 minut, tymczasem u zmodyfikowanych E. coli w atmosferze składającej się z 10% CO2 podział zachodzi co 18 godzin. Ponadto nie są w stanie przetrwać bez cukrów w obecnej atmosferze ziemskiej, w której ilość dwutlenku węgla wynosi 0,041%.
Izraelczycy pracują teraz nad przyspieszeniem wzrostu bakterii i umożliwieniem im rozwijania się przy niższych stężeniach dwutlenku węgla. Podkreślają, że to na razie wstępne badania i miną całe lata, zanim tak zmodyfikowane E. coli zostaną wykorzystane w roli fabryk.
Komentarze (0)