Форматыг (цахилгаан) химийн аргыг ашиглан CO2-оос гаргаж авсан бөгөөд ферментийн каскад эсвэл инженерчлэгдсэн бичил биетнийг ашиглан нэмүү өртөг шингээсэн бүтээгдэхүүн болгон хувиргадаг нүүрстөрөгчийн саармаг биоэдийн засгийн гол тулгуур гэж үзэж болно. Синтетик форматын шингээлтийг өргөжүүлэх чухал алхам бол формальдегидийн термодинамикийн хувьд цогц бууралт бөгөөд энд шар өнгөний өөрчлөлт хэлбэрээр илэрдэг. Эх сурвалж: Газрын микробиологийн хүрээлэн Макс Планк/Гейзел.
Макс Планкийн хүрээлэнгийн эрдэмтэд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг формальдегид болгон хувиргадаг синтетик бодисын солилцооны замыг бий болгож, үнэ цэнэтэй материал үйлдвэрлэх нүүрстөрөгчийн саармаг аргыг санал болгож байна.
Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бэхжүүлэх шинэ анаболик замууд нь агаар мандал дахь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн түвшинг бууруулахад туслахаас гадна эмийн болон идэвхтэй найрлагын уламжлалт химийн үйлдвэрлэлийг нүүрстөрөгчийн саармаг биологийн процессоор сольж болно. Шинэ судалгаагаар шоргоолжны хүчлийг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар ислийг биохимийн салбарт үнэ цэнэтэй материал болгон хувиргах үйл явцыг харуулж байна.
Хүлэмжийн хийн ялгарал нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан томоохон ялгарлын эх үүсвэрээс нүүрстөрөгчийн хуримтлал буюу нүүрстөрөгчийн давхар ислийг хуримтлуулах нь тулгамдсан асуудал болж байна. Байгальд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээх үйл явц сая сая жилийн турш үргэлжилж байгаа боловч түүний хүч нь хүний ​​үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй ялгарлыг нөхөхөд хангалтгүй юм.
Макс Планкийн Газрын Микробиологийн Хүрээлэнгийн Тобиас Эрб тэргүүтэй судлаачид нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бэхжүүлэх шинэ аргуудыг боловсруулахын тулд байгалийн багаж хэрэгслийг ашигладаг. Тэд одоо хиймэл фотосинтезийн завсрын бодис болох шоргоолжны хүчлээс өндөр урвалд ордог формальдегид үүсгэдэг хиймэл бодисын солилцооны замыг боловсруулж чадсан. Формальдегид нь ямар ч хортой нөлөөгүйгээр бусад үнэ цэнэтэй бодисыг үүсгэхийн тулд хэд хэдэн бодисын солилцооны замд шууд орж чаддаг. Байгалийн процессын нэгэн адил хоёр үндсэн найрлага шаардлагатай: энерги ба нүүрстөрөгч. Эхнийхийг нь зөвхөн нарны шууд тусгал төдийгүй цахилгаан эрчим хүчээр хангаж болно - жишээлбэл, нарны модулиуд.
Үнэ цэнийн гинжин хэлхээнд нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрүүд хувьсах шинж чанартай байдаг. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь энд цорын ганц сонголт биш бөгөөд бид бүх нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд (C1 барилгын блок): нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, шоргоолжны хүчил, формальдегид, метанол болон метан гэсэн тухай ярьж байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр бараг бүх бодис нь амьд организм (нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, формальдегид, метанол) болон гарагийн хувьд (метаныг хүлэмжийн хий болгон ашигладаг) маш хортой байдаг. Шоргоолжны хүчлийг үндсэн хэлбэрт нь саармагжуулсны дараа л олон бичил биетүүд түүний өндөр концентрацийг тэсвэрлэдэг.
"Шоргоолжны хүчил бол нүүрстөрөгчийн маш ирээдүйтэй эх үүсвэр юм" гэж судалгааны анхны зохиогч Марен Наттерманн онцолжээ. "Гэхдээ үүнийг in vitro нөхцөлд формальдегид болгон хувиргах нь маш их эрчим хүч шаарддаг." Учир нь форматын давс болох формат нь формальдегид болж хувирдаггүй. "Эдгээр хоёр молекулын хооронд ноцтой химийн саад бэрхшээл байдаг бөгөөд бид жинхэнэ урвал явуулахаасаа өмнө биохимийн энерги болох ATP-ийн тусламжтайгаар үүнийг даван туулах ёстой."
Судлаачдын зорилго нь илүү хэмнэлттэй арга олох явдал байв. Эцсийн эцэст нүүрстөрөгчийг бодисын солилцоонд оруулахад шаардагдах энерги бага байх тусам өсөлт эсвэл үйлдвэрлэлийг өдөөхөд илүү их энерги зарцуулж болно. Гэхдээ байгальд ийм арга байхгүй. "Олон функцтэй эрлийз ферментийг нээхэд зарим бүтээлч байдал шаардлагатай байсан" гэж Тобиас Эрб хэлэв. "Гэсэн хэдий ч нэр дэвшигч ферментийг нээх нь зөвхөн эхлэл юм. Бид маш удаан байдаг тул хамтад нь тоолж болох урвалын тухай ярьж байна - зарим тохиолдолд фермент бүрт секундэд нэгээс бага урвал явагддаг. Байгалийн урвал мянга дахин хурдан явагдаж болно." Энэ бол синтетик биохими юм гэж Марен Наттерманн хэлэв: "Хэрэв та ферментийн бүтэц, механизмыг мэддэг бол хаана оролцохоо мэддэг. Энэ нь маш их ашиг тустай байсан."
Ферментийн оновчлол нь хэд хэдэн аргыг хамардаг: тусгай барилгын блок солилцоо, санамсаргүй мутаци үүсгэх, багтаамжийн сонголт. "Формат ба формальдегид хоёулаа эсийн хананд нэвтэрч чаддаг тул маш тохиромжтой. Бид эсийн өсгөвөрлөх орчинд формат нэмж болох бөгөөд энэ нь үүссэн формальдегидийг хэдэн цагийн дараа хоргүй шар будагч бодис болгон хувиргадаг ферментийг үүсгэдэг" гэж Марен хэлэв. Наттерманн тайлбарлав.
Өндөр хүчин чадалтай аргуудыг ашиглаагүй бол ийм богино хугацаанд үр дүнд хүрэх боломжгүй байсан. Үүний тулд судлаачид Германы Эсслинген дэх үйлдвэрлэлийн түнш Festo-той хамтран ажилласан. "4000 орчим хувилбарын дараа бид гарцаа дөрөв дахин нэмэгдүүлсэн" гэж Марен Наттерманн хэлэв. "Ийнхүү бид биотехнологийн бичил биетний ажлын хэрэгсэл болох E. coli загвар бичил биетний өсөлтийн үндэс суурийг шоргоолжны хүчил дээр бий болгосон. Гэсэн хэдий ч одоогоор бидний эсүүд зөвхөн формальдегид үйлдвэрлэж чаддаг бөгөөд цаашид хувиргаж чадахгүй байна."
Ургамлын Молекулын Физиологийн Хүрээлэнгийн хамтран ажиллагч Себастьян Винктэй хамтран Макс Планкийн судлаачид одоогоор завсрын бүтээгдэхүүнийг авч, төвийн бодисын солилцоонд нэвтрүүлэх боломжтой омгийг боловсруулж байна. Үүний зэрэгцээ тус баг Химийн Эрчим Хүчний Хөрвүүлэлтийн Хүрээлэнгийн ажлын хэсэгтэй хамтран нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шоргоолжны хүчил болгон электрохимийн хувиргалтын талаар судалгаа хийж байна. Макс Планк Уолтер Лейтнерийн удирдлага дор. Урт хугацааны зорилго бол электробиохимийн процессоор үүссэн нүүрстөрөгчийн давхар ислээс инсулин эсвэл биодизель зэрэг бүтээгдэхүүн хүртэл "бүх зүйлд тохирох нэг хэмжээтэй платформ" бий болгох явдал юм.
Ашигласан материал: Марен Наттерманн, Себастьян Венк, Паскаль Пфистер, Хай Хе, Сын Хван Ли, Витолд Шимански, Нильс Гунтерманн, Файинг Жу “Фосфатаас хамааралтай форматыг in vitro болон in vivo нөхцөлд формальдегид болгон хувиргах шинэ каскадын хөгжил”, Леннарт Никель., Шарлотт Уоллнер, Ян Зарзицки, Николь Пачиа, Нина Гайсерт, Жанкарло Франсио, Уолтер Лейтнер, Рамон Гонзалес, Тобиас Ж. Эрб, 2023 оны 5-р сарын 9, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998 оноос хойших хамгийн шилдэг технологийн мэдээний эх сурвалж. Хамгийн сүүлийн үеийн технологийн мэдээг имэйл эсвэл олон нийтийн мэдээллийн хэрэгслээр цаг алдалгүй аваарай. > Үнэгүй захиалгатай имэйлээр мэдээний тойм
Колд Спринг Харбор Лабораторийн судлаачид РНХ-ийн холболтыг зохицуулдаг уураг болох SRSF1 нь нойр булчирхайд илүү их зохицдог болохыг тогтоожээ.