جنرال لواء

يقوم العلماء بتصميم البكتيريا التي تخلق حلقات مليئة بالطاقة


قام علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا بتصميم بكتيريا يمكنها صنع هياكل كربونية صغيرة ومليئة بالطاقة تعمل كنقاط انطلاق لإنشاء مواد أخرى. هذه الهياكل الجزيئية التي يصعب هندستها على شكل حلقات يمكن الآن "تخميرها" بشكل مشابه للبيرة.

يستخدم التطور الموجه لتقليد الطبيعة

تمت تربية الإنزيمات البكتيرية في مختبر أستاذ الهندسة الكيميائية والهندسة الحيوية والكيمياء الحيوية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا فرانسيس أرنولد. للقيام بذلك ، استخدم باحثو أرنولد تقنية طورتها في التسعينيات تسمى التطور الموجه.

تمكن هذه التقنية العلماء من تكاثر البكتيريا بالصفات التي يرغبون فيها والتي نادرًا ما توجد في الطبيعة أو لا توجد على الإطلاق. في الاختبارات السابقة ، استخدم مختبر أرنولد هذه التقنية لإنتاج البكتيريا التي تخلق روابط الكربون والسيليكون والكربون والبورون ، وهي روابط كانت في السابق من صنع الإنسان فقط.

قال أرنولد: "يمكن للبكتيريا الآن أن تنتج هذه الهياكل العضوية المتنوعة والغنية بالطاقة". "مع الإنزيمات الجديدة المطورة في المختبر ، تصنع الميكروبات حلقات متوترة مُهيأة بدقة والتي يكافح الكيميائيون من أجل صنعها."

نُشر البحث في ورقة بعنوان "البناء الأنزيمي للدراجات الكربونية شديدة الإجهاد" في عدد 5 أبريلعلم. تصف الورقة كيفية إقناع الباحثينالإشريكية القولونيةالبكتيريا في تكوين bicyclobutanes.

وفقًا لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، على عكس حلقات الكربون الأخرى ، فإن البيوتان ثنائي الحلقات ليست شائعة في الطبيعة على الأرجح بسبب "عدم الاستقرار المتأصل فيها أو عدم وجود آليات بيولوجية مناسبة لتجميعها" ومع ذلك ، فقد أظهر مختبر أرنولد الآن أنه "يمكن إعادة برمجة البكتيريا وراثيًا لإنتاج البيوتانات ثنائية الحلقات من مواد البدء التجارية البسيطة".

تم إدخال مسار جديد للبكتيريا

قال كاي تشن ، طالب الدراسات العليا ، المؤلف الرئيسي للورقة: "لدهشتنا ، يمكن هندسة الإنزيمات لصنع مثل هذه الحلقات الكربونية المجنونة بكفاءة في ظل الظروف المحيطة". "هذه هي المرة الأولى التي يقدم فيها أي شخص مسارًا غير محلي للبكتيريا لتشكيل هذه الهياكل عالية الطاقة."

أفاد معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن تشين وفريقه "فعلوا ذلك من خلال إعطاء البكتيريا نسخة من الجين الذي يشفر إنزيمًا يسمى السيتوكروم P450. تم تعديل الإنزيم سابقًا من خلال التطور الموجه بواسطة مختبر أرنولد وآخرين لإنشاء جزيئات تحتوي على حلقات صغيرة من ثلاث ذرات كربون - نصف مجموعة البيوتان ثنائي الحلقات. "

قال ما بعد الدكتوراة وعضو مختبر أرنولد Xiongyi Huang: "الجميل هو أن بيئة الموقع النشط المحددة جيدًا قد صُنعت في الإنزيم لتسهيل تكوين هذه الجزيئات عالية الطاقة بشكل كبير."

وأضافت جينيفر كان ، عضوة ما بعد الدكتوراة وعضو مختبر أرنولد ، أن مثل هذه التطورات قد تدفع الكيمياء في "اتجاه أكثر اخضرارًا". "في المستقبل ، بدلاً من بناء مصانع كيميائية لصنع المنتجات التي نحتاجها لتحسين الحياة ، ألن يكون رائعًا لو تمكنا فقط من برمجة البكتيريا لصنع ما نريد؟" قالت.

تم تمويل البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم والمعاهد الوطنية للصحة ومركز دونا وبنجامين إم روزين للهندسة الحيوية.


شاهد الفيديو: بكتيريا مدمجة.. تتغذى بالهواء لتنتج الطاقة (كانون الثاني 2022).