Цивилизация
Американские ученые создали особый штамм бактерий из рода Ralstonia, которые поглощают углекислый газ и перерабатывают его в бутанол и другие простые спирты, которые можно использовать в качестве биотоплива, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
На сегодняшний день биологи вывели несколько штаммов кишечной палочки и других бактерий, способных превращать растительное сырье или другую органику в биотопливо. Во многих случаях исследователи добивались успеха, однако в подавляющем числе случаев эффективность таких бактериальных «мануфактур» намного ниже минимально допустимых значений для их коммерческого применения. Группа биохимиков под руководством Джеймса Ляо из университета штата Калифорния в Лос-Анжелесе проводила опыты с различными штаммами бактерии Ralstonia eutropha.
Как объясняют ученые, эта бацилла относится к особому классу бактерий, которые могут питаться водородом и не нуждаются в кислороде или в других «особых» условиях среды для выживания. Ферменты из семейства гидрогеназ — окислителей водорода — являются ключевым элементом микроба для его выживания. Достаточно долгое время ученые пытаются «прочитать» молекулярную структуру растворимой версии этой фермента, что позволит синтезировать и использовать его без участия бактерий.
Ляо и его коллеги вставили в геном Ralstonia eutropha несколько генов, заставляющих ее превращать излишки энергии в бутанол и другие органические спирты. Осталось найти надежный и безопасный источник водорода — использование чистого водорода было бы крайне опасным занятием, так как любая утечка может обернуться мощнейшим взрывом.
Авторы статьи воспользовались тем, что бактерия умеет использовать молекулы муравьиной кислоты в качестве источника водорода. Ralstonia eutropha поглощает молекулы кислоты, расщепляет ее на молекулу водорода и углекислого газа и использует первую как «топливо», а вторую — в качестве «стройматериалов» клетки. При этом муравьиную кислоту достаточно легко получить, если одновременно пропускать через воду углекислый газ и электрический ток.
Биохимики проверили работу бактериальной «мануфактуры», поместив колонию бактерий в сосуд, через который пропускался электрический ток и углекислый газ. К разочарованию ученых, ток блокировал рост колонии, так как в жидкости постоянно появлялись токсичные для микробов пероксид водорода, оксид азота и атомарный кислород.
Исследователи решили эту проблему, обернув анод — отрицательный полюс устройства — тонким слоем пористой керамики. Керамическая «чаша» действовала как частично проницаемая мембрана, пропускающая молекулы муравьиной кислоты и препятствующая «побегу» токсичных соединений.
По оценкам Ляо и его коллег, такая конструкция позволяет колонии расти и вырабатывает приемлемое количество биотоплива. Как считают ученые, их изобретение может применяться для получения биотоплива из электричества, вырабатываемого солнечными батареями, ветряками и другими возобновляемыми источниками энергии.
