Gli scienziati inseriscono la via metabolica per la fissazione del carbonio e la produzione di zucchero nel batterio di Escherichia coli

Tutta la vita sul pianeta conta, in un modo o nell'altro, su un trattamento chiamato fissazione del carbonio: la capacità degli impianti, delle alghe e dei batteri sicuri “di pompare„ l'anidride carbonica (CO2) dall'ambiente, di aggiungere energia solare o altra e di trasformarla negli zuccheri che sono il punto di partenza richiesto ha avuto bisogno di per i processi vitali. Alla cima del ciclo alimentare sono gli organismi differenti (alcuni di cui pensano, erroneamente, che siano “più avanzate„) quell'uso i mezzi opposti di sopravvivenza: mangiano gli zuccheri (fatti dalle piante e dai microrganismi fotosintetici) e poi scaricano l'anidride carbonica nell'atmosfera. Questo il mezzo della crescita è chiamato “heterotrophism.„ Gli esseri umani sono, naturalmente, heterotrophs nel senso biologico perché l'alimento che consumano proviene dai trattamenti di fissazione del carbonio dei produttori non umani.

È possibile “riprogramma„ un organismo che è trovato più alto nel ciclo alimentare, che consuma lo zucchero e rilascia l'anidride carbonica, di modo che consumerà l'anidride carbonica dall'ambiente e produrrà gli zuccheri deve sviluppare la sua massa dell'organismo? Quello è appena che cosa un gruppo di istituto di Weizmann dei ricercatori di scienza recentemente ha fatto. Il Dott. Niv Antonovsky, che piombo questa ricerca nel laboratorio di prof. Ron Milo all'impianto dell'istituto ed al dipartimento di scienze ambientali, dice che la capacità di migliorare la fissazione del carbonio è cruciale affinchè la nostra capacità faccia fronte alle sfide future, quale la necessità di fornire l'alimento ad una popolazione crescente sulle risorse terriere restringenti mentre usando meno combustibile fossile.

Gli scienziati dell'istituto sono aumentato a questa sfida inserendo la via metabolica per la fissazione del carbonio e la produzione di zucchero (il cosiddetto ciclo di Calvin) nel batterio Escherichia coli, un organismo conosciuto “del consumatore„ che mangia lo zucchero e rilascia l'anidride carbonica.

La via metabolica per la fissazione del carbonio è ben nota e Milo ed il suo gruppo stimati quello, con la progettazione adeguata, potrebbero fissare i geni che contengono le informazioni per lo sviluppo nel genoma del batterio. Eppure l'enzima principale utilizzato in impianti per fissare il carbonio, RuBisCO, utilizza come substrato per la reazione di fissazione di CO2 un metabolita che è tossico per le celle batteriche. Così la progettazione ha dovuto comprendere precisamente la regolamentazione dei livelli di espressione di vari geni attraverso questa via a più gradi.

In un modo la pianificazione ben progettato del gruppo era un successo clamoroso: I batteri effettivamente hanno prodotto gli enzimi di fissazione del carbonio e questi erano funzionali. Ma il macchinario, complessivamente, “non ha consegnato le merci.„ Anche se il macchinario di fissazione del carbonio è stato espresso, i batteri non sono riuscito ad usare la CO2 per la sintesi dello zucchero, contante invece su un'offerta esterna dello zucchero. “Naturalmente, stavamo occupando di un organismo che si è evoluto sopra milioni di anni per mangiare lo zucchero, non CO2,„ dice Antonovsky. “Così ci siamo girati verso evoluzione per aiutarci a creare il sistema che abbiamo inteso.„

Antonovsky, il Milo ed il gruppo, compreso Shmuel Gleizer, Arren Barra-Uguale, Yehudit Zohar, Elad Herz ed altri, carri armati progettati seguenti hanno chiamato “i chemostats,„ in cui hanno coltivato i batteri, gradualmente toccandoli col gomito nello sviluppare un appetito per la CO2. Inizialmente, con le ampie bolle della CO2, i batteri nei serbatoi sono stati offerti un gran numero di piruvato, che è una fonte di energia come pure abbastanza zucchero da sopravvivere a a mala pena. Quindi, cambiando gli stati del loro ambiente e sollecitandoli, gli scienziati hanno forzato i batteri imparare, tramite adattamento e lo sviluppo, utilizzare il materiale più abbondante nel loro ambiente. Un mese è andato vicino e le cose sono rimanere equo statiche. I batteri sono sembrato non “ottengono il suggerimento.„ Ma a circa una metà e di mese, alcuni batteri hanno dato segni di fare più “appena del sopravvivendo.„ Entro il terzo mese gli scienziati potevano svezzare i batteri mutevoli dallo zucchero ed allevarli sulla CO2 e sul piruvato da solo. Il contrassegno dell'isotopo delle molecole dell'anidride carbonica ha rivelato che i batteri effettivamente stavano usando la CO2 per creare una parte significativa di loro massa dell'organismo, compreso tutti gli zuccheri stati necessari per fare la cella.

Quando gli scienziati hanno ordinato i genoma dei batteri mutevoli, hanno trovato molti cambiamenti sparsi in tutto i cromosomi batterici. “Erano completamente differenti da cui avevamo predetto,„ dicono il Milo. “Ci ha catturato due anni di duro lavoro per capire quale di questi sono essenziali e disfare “la logica„ in questione nella loro evoluzione.„ La ripetizione dell'esperimento (ed ancora aspettare i mesi) hanno dato agli scienziati le bugne essenziali per l'identificazione delle mutazioni necessarie per il cambiamento della dieta di Escherichia coli da una basata sullo zucchero ad uno facendo uso dell'anidride carbonica.

Milo: “La capacità di programmare o reengineer Escherichia coli per fissare il carbonio ha potuto dare a ricercatori una nuova casella degli strumenti per lo studio ed il miglioramento del questo trattamento di base.„ Sebbene corrente i batteri rilascino la CO2 nuovamente dentro l'atmosfera, il gruppo prevede che in futuro le loro comprensioni potrebbero applicarsi a creare i microrganismi che assorbono la CO2 atmosferica e la convertono in energia memorizzata o in raggiungimento dei ventrigli con le vie del fissatore del carbonio, con conseguente più grandi rendimenti e migliore adattamento in umanità alimentante.

Source:

Weizmann Institute of Science