Биохимики придумали, как производить биотопливо из углекислого газа при помощи генно-модифицированных микробов и солнечных батарей. Результаты исследования опубликовал научный журнал Communications Biology.
"Микробы выработали огромное число методов добычи энергии из окружающей среды. Мы использовали один из самых необычных приемов с использованием бактерий, микробный электросинтез, для преобразования углекислого газа в биотопливо, состоящее из нескольких сложных органических соединений", – рассказала Арпита Бозе, один из авторов исследования, доцент Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Химики уже много лет разрабатывают методики превращения атмосферного углекислого газа в биотопливо и другие полезные вещества. Однако это очень сложно, поскольку для расщепления молекул CO2 необходимо много энергии. Это мешает не только человеку, но и остальным живым существам. Разлагать углекислый газ научились лишь немногие из них – растения и цианобактерии. Лишь недавно ученые создали нанокатализаторы, способные проводить аналогичные реакции.
Бозе и ее коллеги выяснили, что эту задачу можно решить при помощи солнечных батарей и генно-модифицированных микробов вида Rhodopseudomonas palustris. Эти бактерии давно привлекают внимание ученых своей "всеядностью" и тем, что они могут производить аналоги растительных ферментов, участвующих в процессе захвата СО2 в ходе фотосинтеза.
Внимание биохимиков привлек один из самых необычных штаммов этих бактерий, TIE-1. Подобные бактерии могут не только захватывать углекислый газ, но и поглощать свободные электроны из окружающей среды и использовать их энергию в процессе собственного обмена веществ. Это натолкнуло ученых на мысль, что подобные микробы можно "подключить" к солнечным батареям и заставить использовать электроэнергию для превращения молекул СО2 в биотопливо.
Для этого геном TIE-1 модифицировали, чтобы эти микробы начали поглощать углекислый газ, расщеплять его и превращать в молекулы бутанола и других сложных органических соединений, пригодных для использования в качестве биотоплива. Ученые вырастили культуру этих бактерий и покрыли ими электроды, подключенные к солнечной батарее.
Дальнейшие наблюдения показали, что бактерии справились с этой задачей. Они преобразовали СО2 в сложные спирты и другие органические соединения в 20-200 раз активнее других видов микробов. По мнению биохимиков, это связано с тем, что при разложении углекислого газа Rhodopseudomonas palustris не выделяют кислород, молекулы которого нарушают работу ферментов, связанных с переработкой CO2.
Эта особенность, как считают исследователи, позволяет применять подобные микробы для производства экологичного биотоплива уже сейчас. Это будет возможно в местности с большим количеством солнечных дней в году или доступом к электричеству, выработанному при помощи возобновляемых или неуглеродных источников энергии.
Фото: © AP Photo/Ajit Solanki
