دیاکسید کربن به ماده مفید تبدیل میشود!
پژوهشگران زیستشناسی مصنوعی در دانشگاههای نورثوسترن و استنفورد موفق به طراحی یک متابولیسم کاملا مصنوعی شدهاند که میتواند دیاکسید کربن (CO₂) زائد را به ترکیبات شیمیایی ارزشمند تبدیل کند؛ دستاوردی که میتواند مسیرهای تازهای برای بازیافت کربن و تولید پایدار مواد بگشاید.
به گزارش phys.org، در این پژوهش تیم تحقیقاتی یک سامانه زیستی مهندسیشده طراحی کرده است که قادر است فرمات (یک مولکول مایع ساده که بهراحتی از CO₂ تولید میشود) را به استیلکوآنزیم A (Acetyl-CoA) تبدیل کند؛ متابولیتی کلیدی که در تمام سلولهای زنده نقش مرکزی دارد. پژوهشگران سپس بهعنوان نمونه عملی، این استیلکوآنزیم A را به مالات تبدیل کردند؛ مادهای با ارزش تجاری که در صنایع غذایی، آرایشی و پلاستیکهای زیستتخریبپذیر کاربرد دارد.
برخلاف مسیرهای متابولیکی طبیعی این سامانه کاملا مصنوعی است و خارج از سلولهای زنده عمل میکند. پژوهشگران این مسیر جدید را که مسیر احیایی فرمات یا ReForm نام دارد با استفاده از آنزیمهای مهندسیشدهای ساختهاند که واکنشهایی را انجام میدهند که پیش از این در طبیعت مشاهده نشدهاند.
این دستاورد گامی مهم در حوزه زیستشناسی مصنوعی و بازیافت کربن به شمار میرود و میتواند زمینهساز توسعه سوختها و مواد پایدار و کربنخنثی در آینده شود. نتایج این تحقیق در نشریه Nature Chemical Engineering منتشر شده است.
آشتی کریم، استاد مهندسی شیمی و زیستی دانشگاه نورثوسترن و از سرپرستان این پژوهش میگوید: انتشار بیرویه دیاکسید کربن، چالشهای اجتماعی و اقتصادی جدی برای بشر ایجاد کرده است و برای مقابله با این بحران به مسیرهای جدیدی برای تولید کالاهای کربنمنفی نیاز داریم. به گفته او اگرچه طبیعت مسیرهایی برای متابولیسم CO₂ تکامل داده، اما این مسیرها توان پاسخگویی به افزایش سریع دیاکسید کربن در جو را ندارند.
کریم توضیح میدهد که از آنجا که در طبیعت مجموعهای از آنزیمها برای تبدیل فرمات به ترکیبات ارزشمند وجود ندارد، تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت چنین سامانهای را از ابتدا مهندسی کند.
مایکل جوت، استاد زیستمهندسی دانشگاه استنفورد و دیگر سرپرست این پژوهش نیز تاکید میکند که این مسیر قادر است از منابع کربنی متنوعی مانند فرمات، فرمالدهید و متانول استفاده کند و نخستین نمونه از یک معماری متابولیکی مصنوعی با این قابلیت به شمار میرود.
یکی از چالشهای اصلی این پروژه یافتن آنزیمهایی بود که بتوانند واکنشهای غیرطبیعی مورد نظر را انجام دهند. برای حل این مسئله پژوهشگران از زیستشناسی مصنوعی بدون سلول استفاده کردند؛ روشی که در آن ماشین مولکولی سلول در محیط آزمایشگاهی و خارج از موجود زنده به کار گرفته میشود. این روش امکان آزمایش سریع و کمهزینه هزاران آنزیم را فراهم کرد.
با استفاده از این فناوری تیم تحقیقاتی ۶۶ آنزیم و بیش از ۳ هزار نوع مختلف از آنها را بررسی کرد و در نهایت پنج آنزیم مهندسیشده را برای ساخت مسیر نهایی انتخاب کرد. این مسیر شامل شش مرحله واکنشی است که در مجموع فرمات را با موفقیت به استیلکوآنزیم A تبدیل میکند.
اجرای کامل این سامانه خارج از سلولهای زنده، امکان کنترل دقیق شرایط واکنش، غلظت آنزیمها و کوفاکتورها را برای پژوهشگران فراهم کرده است؛ قابلیتی که در سیستمهای زنده بهسختی امکانپذیر است. پژوهشگران پس از تثبیت مسیر ReForm، نشان دادند که این سامانه میتواند ورودیهای کربنی دیگر را نیز بپذیرد و آنها را به ترکیبات مفید تبدیل کند.
به گفته کریم این پژوهش چشماندازی تازه برای ترکیب فناوریهای شیمیایی و زیستی ترسیم میکند و میتواند در آینده به توسعه مسیرهای کارآمدتر برای تبدیل کربن و تولید مواد پایدار منجر شود؛ مسیری که امید به آیندهای کمکربن و کارآمد از نظر انرژی را افزایش میدهد.
انتهای پیام/
