![]() |
Синтетическая биология дает возможность создавать биохимические пути для захвата и преобразования углекислого газа или CO2. Исследователи из Института наземной микробиологии Макса Планка разработали синтетический биохимический цикл, который напрямую преобразует CO2 в центральный строительный блок ацетил-CoA. Исследователи смогли реализовать каждый из трех модулей цикла в бактерии E.coli, что представляет собой важный шаг к реализации синтетических путей фиксации CO2 в контексте живых клеток. Разработка новых способов улавливания и преобразования CO2 является ключевым фактором в борьбе с чрезвычайной климатической ситуацией. Синтетическая биология открывает возможности для разработки новых для природы путей фиксации CO2, которые улавливают CO2 более эффективно, чем те, которые были разработаны в природе. Однако реализация этих новых для природы путей в различных системах in vitro и in vivo все еще представляет собой фундаментальную проблему. Теперь исследователи из группы Тобиаса Эрба разработали и сконструировали новый синтетический путь фиксации CO2, так называемый цикл THETA. Он содержит несколько центральных метаболитов в качестве промежуточных продуктов, а его выходом является центральный строительный блок, ацетил-CoA. Эта особенность позволяет разделить его на модули и интегрировать в центральный метаболизм E. coli. Весь цикл THETA включает 17 биокатализаторов и разработан на основе двух самых быстрых из известных на сегодняшний день ферментов, фиксирующих CO2: кротонил-CoA карбоксилазы/редуктазы и фосфоенолпируваткарбоксилазы. Исследователи обнаружили эти мощные биокатализаторы в бактериях. Хотя каждая из карбоксилаз может захватывать CO2 в 10 раз быстрее, чем RubisCO, фермент, фиксирующий CO2 в хлоропластах, эволюция сама по себе не объединила эти способные ферменты в естественном фотосинтезе. Цикл THETA превращает две молекулы CO2 в одну молекулу ацетил-КоА за один цикл. Ацетил-CoA является центральным метаболитом почти во всех видах клеточного обмена и служит строительным блоком для широкого спектра жизненно важных биомолекул, включая биотопливо, биоматериалы и фармацевтические препараты, что делает его соединением, представляющим большой интерес для биотехнологических приложений. Сконструировав цикл в пробирках, исследователи смогли подтвердить его функциональность. Затем началось обучение: благодаря рациональной оптимизации с помощью машинного обучения в ходе нескольких раундов экспериментов команда смогла повысить выход ацетил-CoA в 100 раз. Для того чтобы проверить его применимость в естественных условиях, необходимо поэтапно внедрить его в живую клетку. Для этого исследователи разделили цикл THETA на три модуля, каждый из которых был успешно внедрен в бактерию E. coli. Функциональность этих модулей была проверена с помощью селекции, связанной с ростом, и/или изотопного мечения.
Замыкание цикла THETA все еще представляет собой серьезную проблему, поскольку все 17 реакций должны быть синхронизированы с естественным метаболизмом E. coli, который, естественно, включает в себя от сотен до тысяч реакций. Однако демонстрация всего цикла in vivo — не единственная цель, подчеркивает исследователь.
«Внедрение частей цикла THETA в живые клетки — важное доказательство принципа синтетической биологии», — добавляет Тобиас Эрб. „Модульная реализация этого цикла в E. coli открывает путь к реализации очень сложных, ортогональных, новых для природы путей CO2-фиксации на клеточных фабриках. Мы учимся полностью перепрограммировать клеточный метаболизм, чтобы создать синтетическую автотрофную операционную систему для клетки“. 02.01.2024 |
Биосфера
![]() | |
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой | |
Ученые выяснили, что когда вода становитс... |
![]() | |
Шотландия призывает волков, чтобы сохранить леса и климат | |
Новое исследование ученых из Университета... |
![]() | |
Мечта палеонтолога: в Египте найден почти целый череп древнего хищника | |
Редкая находка почти целого черепа в егип... |
![]() | |
Апеннинские медведи борются за выживание из-за слабой батарейки | |
Апеннинский бурый медведь, или марсиканск... |
![]() | |
Микроскопические герои океана: как фитопланктон меняет климат | |
Фитопланктон — это крошечные р... |
![]() | |
Секреты идеальной свиньи: генетика, большие данные и вкусное мясо | |
В 2024 году проект ученых из Института би... |
![]() | |
254 животных и 261 растение: в Ростове представили обновленную Красную книгу | |
В главном здании ЮФУ прошла церемония пер... |
![]() | |
Как стерхи вернулись: история успеха экологического проекта | |
Якутские ученые, изучающие птиц, насчитали око... |
![]() | |
Масляные секреты червей: как химия поверхности меняет их жизнь | |
Новое исследование показало, как устроена... |
![]() | |
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии | |
Ученые из Института фармации, химии и&nbs... |
![]() | |
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак | |
Из-за пандемии COVID-19 люди привыкли к б... |
![]() | |
Витамины для коров и быки весом в тонну: прорыв от СПбГУВМ | |
Профессор Елена Корочкина из Санкт-Петерб... |
![]() | |
Эволюция в действии: почему одни мушки побеждают вирусы, а другие нет | |
Исследование плодовых мушек показало, что ... |
![]() | |
Жизнь в капле: ученые раскрыли секрет древних протоклеток | |
Согласно одной из теорий, жизнь на З... |
![]() | |
Новый уровень защиты: бактерии из почвы помогают спасать урожай и здоровье | |
Ученые наконец-то раскрыли секрет природного а... |
![]() | |
Морская трава поможет быстрее выращивать рачков на корм рыбам и домашним птицам | |
Ученые выяснили, что морская трава руппия... |
![]() | |
SciAdv: Секрет меха белого медведя может спасти от наледи лопасти и крылья | |
Природная способность меха белого медведя прот... |
![]() | |
Биологи спрогнозировали численность вредителей леса с точностью до 90% | |
Биологи вывели математическое уравнение, котор... |
![]() | |
Магнитные бури мешают простейшим животным кушать и размножаться | |
Нейробиологи установили, что высокая солн... |
![]() | |
Две с лишним сотни серых китов собираются у берегов Камчатки | |
Ученые три года наблюдали за серыми ... |
![]() | |
Хладостойкие растения появились на планете одновременно 14 млн лет назад | |
Ученые определили, что альпийские растите... |
![]() | |
Натуралисты помогли выявить изменения в признаках насекомоопыляемых растений | |
Результаты наблюдений за весенним первоцв... |
![]() | |
Синие кольца на деревьях и кустарниках говорят о холодах в прошлом | |
Когда наступают холода, даже крепкие деревья и... |
![]() | |
WOAH: В Германии впервые с 1988 года наблюдается вспышка ящура | |
Правительство Великобритании усилило меры биол... |
![]() | |
Nature Food: Ученые обосновали академическую ценность навоза | |
Исследователи использовали данные о навоз... |
![]() | |
Два гена фоторецептора шишковидной железы помогают рыбам распознавать цвет | |
Мы видим цвет, потому что фоторецепторы к... |
![]() | |
Кукуруза или соя? Как севооборот помогает адаптироваться к изменениям климата | |
Исследование ученых из Университета Минне... |
![]() | |
NatComm: В щупальцах осьминога больше нейронов, чем в мозге | |
Щупальца осьминогов двигаются с невероятн... |
![]() | |
Пробелы на мировой карте биоразнообразия заполнили благодаря данным ученых СССР | |
Ученые собрали информацию о том, где ... |
![]() | |
Current Biology: Саблезубые не оставляли жертвам ни единого шанса на спасение | |
Саблезубые хищники — наиболее извес... |