חיידקים ריבוי משימות: מדענים מהנדסים חיידקים כדי לייצר שני מוצרים יקרי ערך מסיבים צמחיים

פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


לעתים קרובות אנו מסתכלים על צורות החיים הקטנות ביותר לעזרה בפתרון הבעיות הגדולות ביותר: חיידקים עוזרים לייצר מזון ומשקאות, לרפא מחלות, לטפל בפסולת ואפילו לנקות זיהום. שמרים וחיידקים יכולים גם להמיר סוכרים צמחיים לדלק ביולוגי ולכימיקלים המופקים באופן מסורתי מדלקים מאובנים – מרכיב מרכזי ברוב התוכניות להאטת שינויי האקלים.

פרסומת

כעת חוקרים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון הנדסו חיידקים שיכולים לייצר שני מוצרים כימיים בו-זמנית מסיבים צמחיים שלא מנוצלים. ובניגוד לבני אדם, החיידקים הרב-משימות האלה יכולים לעשות את שני הדברים באותה מידה.

"למיטב ידיעתי, זו אחת הפעמים הראשונות שאתה יכול לייצר שני מוצרים בעלי ערך בו-זמנית בחיידק אחד", אומר טים דונוהו, פרופסור לבקטריולוגיה של UW-Madison ומנהל המרכז לחקר ביו-אנרגיה של האגמים הגדולים.

התגלית, מפורטת במאמר בגיליון דצמבר של כתב העת מיקרוביולוגיה יישומית וסביבתיתיכול לעזור להפוך את הדלק הביולוגי לבר-קיימא ובעל קיימא מסחרית.

"באופן עקרוני, האסטרטגיה מורידה את פליטת גזי החממה נטו ומשפרת את הכלכלה", אומר דונוהו. "כמות האנרגיה וגז החממה שאתה צריך כדי לייצר שני מוצרים בסיר אחד תהיה פחותה מהפעלת שני סירים כדי לייצר מוצר אחד בכל סיר."

כל מולקולה נחשבת

השאיפה להחליף דלקים מאובנים בחלופות בנות קיימא תלויה בהפקת הערך האפשרי ביותר מביומסה מתחדשת. בדיוק כמו עם פטרוכימיקלים, כל מולקולה נחשבת: מוצרים בעלי נפח נמוך ובעלי ערך גבוה עוזרים לשמור על דלק סביר יותר.

אחד המחסומים הגדולים ביותר הוא חלק מדופן תאי הצמח הנקרא ליגנין. לגנין הוא המקור השופע ביותר בעולם לפחמנים ארומטיים מתחדשים, אך המבנה הבלתי סדיר שלו מקשה לשמצה על פירוק לרכיבים שימושיים.

זו הסיבה שמדענים עם GLBRC חקרו חיידק בשם נובוספינגוביום ארומטיבורנס (המכונה לפעמים פשוט נובו), שיכול לעכל רכיבים רבים של ליגנין וקל יחסית לשנות אותו גנטית.

בשנת 2019, חוקרים הנדסו זן של נובו שיכול לייצר מרכיב מפתח של פלסטיק כמו ניילון ופוליאוריתן הידוע בשם PDC. לאחרונה, צוות במעבדה של Donohue גילה שינוי נוסף שמאפשר נובו להכין מרכיב פלסטי אחר שנקרא ccאִמָא.

אבל הם לא עצרו שם.

"אנחנו לא הולכים לפתור את בעיית פליטת הפחמן שלנו על ידי ייצור רק של שני מוצרים", אומר בן הול, בוגר דוקטורט טרי שתרם למחקר.

הצוות של Donohue השתמש במודלים גנומיים כדי להמציא רשימה של מוצרים פוטנציאליים שניתן לייצר מארומטים ביומסה. קרוב לראש הרשימה היה זאקסנטין, אחד מקבוצת פיגמנטים אורגניים הידועים כקרוטנואידים.

קרוטנואידים, המעניקים לגזר, דלעת, סלמון ואפילו פלמינגו את הגוונים הייחודיים שלהם, משמשים כתוספי תזונה, תרופות וקוסמטיקה ובעלי שווי שוק מצטבר בשווי עשרות מיליארדי דולרים בשנה.

החוקרים ידעו זאת נובו היו לו גנים לייצר קרוטנואיד אחר עם ערך שוק קטן. בהתבסס על רצף הגנום של החיידק, הם חשדו שזאקסנטין הוא אבן דרך לאותו קרוטנואיד בעל ערך פחות חשוב בתהליך שבו משתמשים תאים לייצור מולקולות מורכבות. זה היה רק ​​עניין של שינוי הגנים הנכונים כדי לעצור את פס הייצור של מערכת העיכול במוצר היקר יותר.

על ידי מחיקה או הוספת גנים נבחרים, הם הנדסו זנים שייצרו זאקסנטין כמו גם קרוטנואידים יקרי ערך אחרים – בטא-קרוטן, ליקופן ואסטקסנטין – כאשר גדלו על תרכובת ארומטית שנמצאת בדרך כלל בליגנין.

לאחר מכן, הצוות הראה כי החיידקים המהונדסים יכולים לייצר את אותם קרוטנואידים משקה חריף העשוי מגבעולי סורגום טחונים ומטופלים, תמיסה המכילה תערובת ארומטים שחיידקים תעשייתיים רבים אינם יכולים לעכל.

סיר אחד, שני מוצרים

הול תהה אז מה יקרה אם ישלב את השינויים הגנטיים הדרושים לייצור PDC וקרוטנואיד באותו חיידק.

הזנים שהתקבלו יצרו הן PDC והן את הקרטנואיד היעד – ללא הפסד ניכר לאף תשואה. אפילו טוב יותר, החיידקים צברו קרוטנואידים בתוך התאים שלהם, אותם יש להפריד מהתמיסה המכילה את ה-PDC, אותו הם הפרישו.

"אנחנו כבר מפרידים בין התאים לתקשורת", אומר הול. "עכשיו יהיה לנו מוצר שיוצא משניהם".

השלבים הבאים כוללים בדיקה האם זנים מהונדסים יכולים לייצר בו זמנית קרוטנואידים ו ccMA, שדונוהו חושב שיעשו זאת, ולהנדס זנים לשיפור התשואות בתנאים תעשייתיים.

למרות שישנם שווקים משתלמים לכל אחד מהמוצרים הללו, דונוהו והול אומרים שהערך האמיתי של הגילוי הוא היכולת להוסיף מספר פונקציות לפלטפורמה הביולוגית הזו.

"בעיני, זו גם האסטרטגיה וגם המוצרים", אומר דונוהו. "עכשיו, אחרי שעשינו את זה, אני חושב שזה פותח את הדלת כדי לראות אם אנחנו יכולים ליצור מארז מיקרוביאלי אחר שמייצר שני מוצרים."

עבודה זו נתמכה על ידי המרכז לחקר ביו-אנרגיה של האגמים הגדולים, משרד האנרגיה של ארה"ב, משרד המדע, המשרד למחקר ביולוגי וסביבתי ומענק הדרכה של NIH.



קישור לכתבת המקור – 2023-12-21 08:26:37

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר