Созданы микробы, использующие электроэнергию для производства жидкого топлива
02.04.2012

Источник: elementy.ru

Поиск эффективных методов получения энергии из возобновляемых ресурсов — одна из актуальнейших задач, стоящих перед специалистами по биоинженерии. Самым обильным и практически неисчерпаемым энергетическим ресурсом, доступным человечеству, является солнечное излучение. Исследователи прилагают немалые усилия, чтобы научиться утилизировать его эффективнее, чем это делают живые организмы при помощи фотосинтеза. Конечно, мы можем выращивать лес на дрова или гнать из растительной биомассы этиловый спирт, но такие «дедовские» методы едва ли покроют наши растущие энергетические потребности, когда запасы ископаемого топлива станут подходить к концу. Радикально повысить эффективность фотосинтеза генно-инженерными методами, по-видимому, будет очень трудно (см.: Blankenship et al., 2011. Comparing Photosynthetic and Photovoltaic Efficiencies and Recognizing the Potential for Improvement).

С другой стороны, современные фотоэлементы довольно эффективно превращают солнечный свет в электроэнергию, и есть основания надеяться на их дальнейшее совершенствование. Однако у электричества есть существенный недостаток: его трудно хранить и запасать впрок.

Поэтому было бы полезно научить какие-нибудь автотрофные организмы использовать электричество в качестве источника энергии для синтеза органики из CO₂. Желательно, чтобы они при этом синтезировали не только ту органику, которая необходима им самим для роста и размножения, но вдобавок еще и биотопливо, пригодное для двигателей внутреннего сгорания.

Эту задачу удалось решить биологам из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Электромикробная» система, которую они разработали, на входе получает электричество и углекислый газ, а на выходе выдает изобутанол и 3-метил-1-бутанол (3MB) — вещества, которые можно использовать вместо бензина.

Главным действующим лицом в биореакторе является генетически модифицированная бактерия Ralstonia eutropha. Этот микроб популярен среди биотехнологов благодаря своим уникальным биохимическим способностям. Он может расти как гетеротроф, то есть питаться готовой органикой, но может жить и за счет хемосинтеза (как хемоавтотроф), то есть самостоятельно синтезировать органику из CO₂, используя для этого энергию окислительно-восстановительных реакций. Одной из таких реакций, за счет которых ралстония может осуществлять автотрофный метаболизм, является расщепление формиата с образованием CO₂ и NADH (NADH — универсальный донор электронов, который бактерия затем использует для фиксации CO₂): HCOO^– + NAD⁺ ? CO₂ + NADH.