ढाँचालाई कार्बन-न्युट्रल जैविक अर्थतन्त्रको मेरुदण्डको रूपमा हेर्न सकिन्छ, जुन (इलेक्ट्रो) रासायनिक विधिहरू प्रयोग गरेर CO2 बाट उत्पादन गरिन्छ र इन्जाइमेटिक क्यास्केडहरू वा ईन्जिनियर गरिएका सूक्ष्मजीवहरू प्रयोग गरेर मूल्य-वर्धित उत्पादनहरूमा रूपान्तरण गरिन्छ। सिंथेटिक ढाँचाको आत्मसात विस्तार गर्ने एउटा महत्त्वपूर्ण चरण भनेको यसको थर्मोडायनामिकली जटिल ढाँचाको कमी हो, जुन यहाँ पहेंलो रंग परिवर्तनको रूपमा देखा पर्दछ। क्रेडिट: इन्स्टिच्युट अफ टेरेस्ट्रियल माइक्रोबायोलोजी म्याक्स प्लाङ्क/गीजेल।
म्याक्स प्लाङ्क इन्स्टिच्युटका वैज्ञानिकहरूले एक सिंथेटिक मेटाबोलिक मार्ग सिर्जना गरेका छन् जसले फर्मिक एसिडको मद्दतले कार्बन डाइअक्साइडलाई फॉर्मल्डिहाइडमा रूपान्तरण गर्दछ, जसले बहुमूल्य पदार्थहरू उत्पादन गर्न कार्बन-तटस्थ तरिका प्रदान गर्दछ।
कार्बन डाइअक्साइड फिक्सेसनको लागि नयाँ एनाबोलिक मार्गहरूले वायुमण्डलमा कार्बन डाइअक्साइडको स्तर घटाउन मात्र मद्दत गर्दैन, तर औषधि र सक्रिय सामग्रीहरूको परम्परागत रासायनिक उत्पादनलाई कार्बन-तटस्थ जैविक प्रक्रियाहरूले पनि प्रतिस्थापन गर्न सक्छ। नयाँ अनुसन्धानले कार्बन डाइअक्साइडलाई जैव रासायनिक उद्योगको लागि मूल्यवान सामग्रीमा रूपान्तरण गर्न फर्मिक एसिड प्रयोग गर्न सकिने प्रक्रिया प्रदर्शन गर्दछ।
हरितगृह ग्यास उत्सर्जनमा भएको वृद्धिलाई ध्यानमा राख्दै, ठूला उत्सर्जन स्रोतहरूबाट कार्बन सिक्वेस्टेशन वा कार्बन डाइअक्साइड सिक्भेस्टेशन एउटा गम्भीर मुद्दा हो। प्रकृतिमा, कार्बन डाइअक्साइडको आत्मसात लाखौं वर्षदेखि चलिरहेको छ, तर यसको शक्ति मानवजन्य उत्सर्जनको क्षतिपूर्ति गर्न पर्याप्त छैन।
इन्स्टिच्युट अफ टेरेस्ट्रियल माइक्रोबायोलोजीका टोबियास एर्बको नेतृत्वमा अनुसन्धानकर्ताहरू। म्याक्स प्लाङ्कले कार्बन डाइअक्साइड फिक्स गर्ने नयाँ विधिहरू विकास गर्न प्राकृतिक उपकरणहरू प्रयोग गर्छन्। उनीहरूले अब कृत्रिम प्रकाश संश्लेषणमा सम्भावित मध्यवर्ती, फर्मिक एसिडबाट अत्यधिक प्रतिक्रियाशील फर्मल्डिहाइड उत्पादन गर्ने कृत्रिम चयापचय मार्ग विकास गर्न सफल भएका छन्। फर्मल्डिहाइड कुनै पनि विषाक्त प्रभाव बिना अन्य बहुमूल्य पदार्थहरू बनाउन धेरै चयापचय मार्गहरूमा प्रत्यक्ष रूपमा प्रवेश गर्न सक्छ। प्राकृतिक प्रक्रिया जस्तै, दुई मुख्य सामग्रीहरू आवश्यक पर्दछ: ऊर्जा र कार्बन। पहिलो प्रत्यक्ष सूर्यको प्रकाशले मात्र होइन, बिजुलीद्वारा पनि प्रदान गर्न सकिन्छ - उदाहरणका लागि, सौर्य मोड्युलहरू।
मूल्य शृङ्खलामा, कार्बन स्रोतहरू परिवर्तनशील हुन्छन्। यहाँ कार्बन डाइअक्साइड मात्र विकल्प होइन, हामी सबै व्यक्तिगत कार्बन यौगिकहरू (C1 निर्माण ब्लकहरू) को बारेमा कुरा गर्दैछौं: कार्बन मोनोअक्साइड, फर्मिक एसिड, फर्मल्डिहाइड, मेथानोल र मिथेन। यद्यपि, यी लगभग सबै पदार्थहरू अत्यधिक विषाक्त छन्, जीवित जीवहरू (कार्बन मोनोअक्साइड, फर्मल्डिहाइड, मेथानोल) र ग्रहको लागि (हरितगृह ग्यासको रूपमा मिथेन)। फर्मिक एसिडलाई यसको आधारभूत ढाँचामा तटस्थ गरिसकेपछि मात्र धेरै सूक्ष्मजीवहरूले यसको उच्च सांद्रता सहन गर्छन्।
"फर्मिक एसिड कार्बनको एक धेरै आशाजनक स्रोत हो," अध्ययनका पहिलो लेखक मारेन नेट्टरम्यानले जोड दिए। "तर यसलाई इन भिट्रोमा फॉर्मल्डिहाइडमा रूपान्तरण गर्नु धेरै ऊर्जा-गहन छ।" यो किनभने फोरमेट, फोरमेटको नुन, सजिलैसँग फॉर्मल्डिहाइडमा रूपान्तरण हुँदैन। "यी दुई अणुहरू बीच एक गम्भीर रासायनिक अवरोध छ, र हामीले वास्तविक प्रतिक्रिया गर्न सक्नु अघि, हामीले जैव रासायनिक ऊर्जा - ATP को मद्दतले यसलाई पार गर्नुपर्छ।"
अनुसन्धानकर्ताहरूको उद्देश्य अझ किफायती तरिका खोज्नु थियो। आखिर, कार्बनलाई चयापचयमा खुवाउन जति कम ऊर्जा चाहिन्छ, वृद्धि वा उत्पादनलाई उत्तेजित गर्न त्यति नै बढी ऊर्जा प्रयोग गर्न सकिन्छ। तर प्रकृतिमा त्यस्तो कुनै तरिका छैन। टोबियास एर्ब भन्छन्, "बहु प्रकार्यहरू भएका तथाकथित हाइब्रिड इन्जाइमहरूको खोजलाई केही रचनात्मकता आवश्यक थियो।" "यद्यपि, उम्मेदवार इन्जाइमहरूको खोज केवल सुरुवात हो। हामी त्यस्ता प्रतिक्रियाहरूको बारेमा कुरा गर्दैछौं जुन सँगै गणना गर्न सकिन्छ किनभने तिनीहरू धेरै ढिलो हुन्छन् - केही अवस्थामा, प्रति इन्जाइम प्रति सेकेन्ड एक भन्दा कम प्रतिक्रिया हुन्छ। प्राकृतिक प्रतिक्रियाहरू हजार गुणा छिटो दरमा अगाडि बढ्न सक्छन्।" यो त्यहीं हो जहाँ सिंथेटिक बायोकेमिस्ट्री आउँछ, मारेन नेट्टरम्यान भन्छन्: "यदि तपाईंलाई इन्जाइमको संरचना र संयन्त्र थाहा छ भने, तपाईंलाई कहाँ हस्तक्षेप गर्ने भनेर थाहा छ। यो धेरै फाइदाजनक भएको छ।"
इन्जाइम अप्टिमाइजेसनमा धेरै दृष्टिकोणहरू समावेश छन्: विशेष भवन ब्लक आदानप्रदान, अनियमित उत्परिवर्तन उत्पादन, र क्षमता चयन। "फॉर्मेट र फॉर्मल्डिहाइड दुवै धेरै उपयुक्त छन् किनभने तिनीहरू कोशिका भित्ताहरू छिर्न सक्छन्। हामी सेल कल्चर माध्यममा फोर्मेट थप्न सक्छौं, जसले एक इन्जाइम उत्पादन गर्दछ जसले परिणामस्वरूप फॉर्मल्डिहाइडलाई केही घण्टा पछि गैर-विषाक्त पहेंलो रंगमा परिणत गर्दछ," मारेनले भने। नटरम्यानले व्याख्या गरे।
उच्च-थ्रुपुट विधिहरूको प्रयोग बिना यति छोटो अवधिमा नतिजा सम्भव हुने थिएन। यो गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले जर्मनीको एस्लिन्जेनमा औद्योगिक साझेदार फेस्टोसँग सहकार्य गरे। "लगभग ४,००० भिन्नताहरू पछि, हामीले हाम्रो उत्पादनलाई चार गुणा बढायौं," मारेन न्याटरम्यान भन्छन्। "यसरी, हामीले फर्मिक एसिडमा बायोटेक्नोलोजीको माइक्रोबियल वर्कहर्स, मोडेल सूक्ष्मजीव ई. कोलाईको विकासको लागि आधार सिर्जना गरेका छौं। यद्यपि, हाल, हाम्रा कोषहरूले फर्मल्डिहाइड मात्र उत्पादन गर्न सक्छन् र थप रूपान्तरण गर्न सक्दैनन्।"
प्लान्ट मोलिक्युलर फिजियोलोजी इन्स्टिच्युटका उनका सहयोगी सेबास्टियन विंकसँगको सहकार्यमा। म्याक्स प्लाङ्कका अनुसन्धानकर्ताहरूले हाल मध्यवर्ती पदार्थहरू लिने र केन्द्रीय चयापचयमा परिचय गराउन सक्ने स्ट्रेन विकास गरिरहेका छन्। साथै, टोलीले रासायनिक ऊर्जा रूपान्तरण संस्थानमा कार्य समूहसँग कार्बन डाइअक्साइडको फर्मिक एसिडमा इलेक्ट्रोकेमिकल रूपान्तरणमा अनुसन्धान गरिरहेको छ। वाल्टर लेटनरको निर्देशनमा म्याक्स प्लाङ्क। दीर्घकालीन लक्ष्य भनेको इलेक्ट्रोबायोकेमिकल प्रक्रियाहरूद्वारा उत्पादित कार्बन डाइअक्साइडबाट इन्सुलिन वा बायोडिजेल जस्ता उत्पादनहरूमा "एक-आकार-फिट-सबै प्लेटफर्म" हो।
सन्दर्भ: मारेन नेट्टरम्यान, सेबास्टियन वेंक, पास्कल फिस्टर, हाई हे, सेउङ ह्वाङ ली, विटोल्ड स्जिमान्स्की, निल्स गुन्टरम्यान, फाइइङ झू “फस्फेट-निर्भर ढाँचालाई इन भिट्रो र इन भिभोमा फॉर्मल्डिहाइडमा रूपान्तरणको लागि नयाँ क्यास्केडको विकास”, लेनार्ट निकेल। , चार्लोट वालनर, जान जार्जिकी, निकोल पचिया, नीना गैसर्ट, जियानकार्लो फ्रान्सियो, वाल्टर लेटनर, रामोन गोन्जालेज, र टोबियास जे. एर्ब, मे ९, २०२३, नेचर कम्युनिकेसन्स।डीओआई: १०.१०३८/s४१४६७-०२३-३८०७२-डब्ल्यू
SciTechDaily: १९९८ पछिका उत्कृष्ट प्राविधिक समाचारहरूको घर। इमेल वा सामाजिक सञ्जाल मार्फत नवीनतम प्राविधिक समाचारहरूसँग अद्यावधिक रहनुहोस्। > नि:शुल्क सदस्यताको साथ इमेल डाइजेस्ट
कोल्ड स्प्रिङ हार्बर ल्याबोरेटरीजका अनुसन्धानकर्ताहरूले पत्ता लगाए कि आरएनए स्प्लिसिङलाई नियमन गर्ने प्रोटिन SRSF1, प्यान्क्रियाजमा बढेको छ।