باکتری که با دی اکسید کربن رشد می کند

طراحی این باکتری که Escherichia coli نام دارد در تغییر ساختار باکتری ها برای مقاصدی همچون تولید غذا و تولید سوخت از زباله ها گام بسیار مهمی به شمار می رود.

«ران میلو» زیست شناس موسسه علوم وایزمن که در این تحقیق، سهیم بوده می گوید: هدف اصلی ما تولید یک ساختار علمی بود که بتواند به تثبیت دی اکسید کربن کمک کند و چالش های مربوط به تولید پایدار غذا و سوخت و گرمایش جهانی ناشی از انتشار دی اکسید کربن را حل کند. تبدیل منبع کربن این باکتری، از کربن ارگانیک به دی اکسید کربن، کاری بزرگ در حوزه تکنولوژی زیستی و گامی مهم در ایجاد چنین بستری است.

موجودات زنده به دو دسته خودپرورده (autotrophs) -که دی اکسید کربن غیرارگانیک را به زیست توده تبدیل می کنند- و مصرف کننده (heterotrophs) -که از ترکیبات ارگانیک برای رشد خود استفاده می کنند- تقسیم می شوند. ارگانیسم های خودپرورده بر زیست توده زمین حاکمیت دارند و بیشتر غذا و سوخت های ما را تأمین می کنند. درک بهتر اصول رشد موجودات خودپروده و راه های تقویت آن، در مسیر پایداری حیات بر روی زمین بسیار مهم است.

یک مشکل بزرگ در زیست شناسی آزمایشگاهی تولید موجودات خودپرورده در درون یک مدل ارگانیسم مصرف کننده بوده است. با وجود علاقه زیاد به منابع انرژی تجدیدپذیر و تولید پایدار مواد غذایی، تلاش های پیشین برای ساخت مدل هایی از ارگانیسم های مصرف کننده در مقیاس صنعتی برای مصرف دی اکسید کربن به عنوان تنها منبع کربن، شکست خورده است. تلاش های قبلی برای ایجاد چرخه های تثبیت خود کاتالیستی دی اکسید کربن در مدل های موجودات مصرف کننده همیشه نیازمند افزودن ترکیبات ارگانیک چند کربنی برای رسیدن به رشد پایدار بوده است.

«ساموئل گلایزر» یکی از محققان دست اندرکار این تحقیق می گوید: از دیدگاه علمی، ما می خواستیم ببینیم آیا چنین تغییری در رژیم غذایی باکتری از وابستگی به قند تا تولید همه نیازهای غذایی از دی اکسید کربن ممکن است یا خیر. ما جدای از آزمایش عملی بودن چنین تغییری در آزمایشگاه می خواستیم بدانیم چه تغییراتی در ساختار دی ان ای باکتری لازم است.

ویژگی مهندسی شده باعث می شود این باکتری، انرژی خود را از فرمات (از ترکیبات اسید فرمیک) بگیرد که می تواند به طور الکترومکانیکی از منابع تجدیدپذیر تهیه شود. فرمات یک ترکیب ارگانیک تک کربنه است که به عنوان منبع کربن برای رشد این باکتری عمل نمی کند. محققان همچنین ویژگی دیگری را در این باکتری طراحی کردند تا آنزیم های غیر بومی را از تثبیت و کاهش کربن تولید کند و انرژی خود را از فرمات به دست بیاورد. اما این تغییرات به تنهایی برای حمایت از خودپروردگی کافی نیست زیرا متابولیسم این باکتری برای رشد دگرخوارانه (heterotrophic) انطباق داده شده است.

گلایزر می گوید: این تحقیق برای نخستین بار، تغییر موفقیت آمیز شیوه رشد یک باکتری را توصیف می کند. آموزش باکتری های معده برای انجام روش هایی که گیاهان مشهور به آن هستند، یک گام بزرگ رو به جلو بود. ما وقتی این فرآیند هدفمند تکاملی را آغاز کردیم، از میزان احتمال موفقیت خود چیزی نمی دانستیم و هیچ سابقه ای در گذشته نبود که ما را راهنمایی کند یا میزان عملی بودن چنین تغییر اساسی را نشان دهد. علاوه بر این، در پایان، مشاهده میزان اندک تغییرات ژنتیک لازم برای انجام این تغییر، بسیار شگفت آور بود.

محققان می گویند یکی از محدودیت ها بر سر راه این تحقیق این است که مصرف فرمات توسط باکتری، دی اکسید کربنی بیش از میزان مصرف شده از طریق تثبیت کربنی آزاد می کند. علاوه بر این، تحقیقات بیشتری پیش از آغاز بحث و بررسی عملی بودن کاربرد آن در مقیاس صنعتی لازم است.

محققان قصد دارند در تحقیقات آینده انرژی را از طریق الکتریسیته تجدیدپذیر فراهم کنند تا مشکل آزاد شدن دی اکسد کربن را حل کنند و ببینند آیا شرایط جوی محیطی می تواند به خودپروردگی کمک کند؛آنها همچنین سعی می کنند جهش های ژنتیکی بیشتری را برای رشد خودپرورده آزمایش کنند.

میلو می گوید: این آزمایش مهم دلیل محکمی است که چشم اندازی تازه و هیجان انگیز از کاربرد باکتری های مهندسی شده برای تبدیل محصولاتی که آن را زباله می دانیم به سوخت، غذا یا دیگر ترکیبات مورد علاقه را پیش روی ما باز می کند.

همچنین می تواند به عنوان پایه ای مناسب برای درک و ارتقای بهتر ماشین های ملکولی که مبنای تولید غذا برای انسان هستند کمک کند و در آینده نیز باعث افزایش تولید محصولات کشاورزی شود.

 مترجم:محسن حدادی

No tags for this post.