Os cientistas introduzem o caminho metabólico para a fixação do carbono e a produção de açúcar na bactéria de Escherichia Coli

Toda a vida no planeta confia, de um modo ou de outro, em um processo chamado fixação do carbono: a capacidade das plantas, das algas e de determinadas bactérias “para bombear” o dióxido de carbono (CO2) do ambiente, para adicionar energia solar ou outra e para transformá-la nos açúcares que são o ponto de partida exigido necessário para processos da vida. Na parte superior da cadeia alimentar são os organismos diferentes (alguns de que pense, equivocadamente, que são “mais avançados”) esse uso os meios opostos da sobrevivência: comem os açúcares (feitos por plantas e por micro-organismos fotossintéticos) e liberam então o dióxido de carbono na atmosfera. Este os meios do crescimento são chamados “heterotrophism.” Os seres humanos são, naturalmente, heterotrophs no sentido biológico porque o alimento que consomem origina dos processos de fixação do carbono de produtores nonhuman.

É possível “reprogram” um organismo que seja encontrado mais alto na cadeia alimentar, que consome o açúcar e libera o dióxido de carbono, de modo que consuma o dióxido de carbono do ambiente e produza os açúcares precisa de construir sua massa do corpo? Aquele é apenas o que um grupo de instituto de Weizmann de pesquisadores da ciência fez recentemente. O Dr. Niv Antonovsky, que conduziu esta pesquisa no laboratório do prof. Ron Milo na planta do instituto e no departamento das ciências ambientais, diz que a capacidade para melhorar a fixação do carbono é crucial para que nossa capacidade lide com os desafios futuros, tais como a necessidade de fornecer o alimento a uma população crescente em recursos de terra shrinking ao usar menos combustível fóssil.

Os cientistas do instituto aumentaram a este desafio introduzindo o caminho metabólico para a fixação do carbono e a produção de açúcar (o ciclo assim chamado de Calvin) na bactéria Escherichia Coli, um organismo conhecido do “consumidor” que comesse o açúcar e liberasse o dióxido de carbono.

O caminho metabólico para a fixação do carbono é conhecido, e Milo e seu grupo contados isso, com o planeamento apropriado, poderiam anexar os genes que contêm a informação para construi-la no genoma da bactéria. Contudo a enzima principal usada nas plantas para fixar o carbono, RuBisCO, utiliza como uma carcaça para a reacção da fixação do CO2 um metabolito que seja tóxico para as pilhas bacterianas. Assim o projecto teve que incluir precisamente o regulamento dos níveis da expressão dos vários genes através deste caminho multistep.

Em uma maneira o plano do bem-pensamento-para fora da equipe era um sucesso ressonante: As bactérias produziram certamente as enzimas da fixação do carbono, e estas eram funcionais. Mas a maquinaria, no conjunto, “não entregou os bens.” Mesmo que a maquinaria da fixação do carbono fosse expressada, as bactérias não usaram o CO2 para a síntese do açúcar, confiando pelo contrário em uma fonte externo do açúcar. “Naturalmente, nós estávamos tratando um organismo que evoluísse sobre milhões de anos para comer o açúcar, não CO2,” diz Antonovsky. “Assim nós giramos para a evolução para ajudar-nos a criar o sistema que nós pretendemos.”

Antonovsky, o Milo e a equipe, incluindo Shmuel Gleizer, Arren Barra-Uniforme, Yehudit Zohar, Elad Herz e outro, os tanques projetados seguintes chamaram os “chemostats,” em quais cresceu as bactérias, gradualmente nudging as em desenvolver um apetite para o CO2. Inicialmente, junto com bolhas amplas do CO2, as bactérias nos tanques foram oferecidas uma grande quantidade de piruvato, que é uma fonte de energia, assim como bastante açúcar a sobreviver mal. Assim, mudando as condições de seu ambiente e forçando as, os cientistas forçaram as bactérias a aprender, pela adaptação e pela revelação, para usar o material mais abundante em seu ambiente. Um mês foi perto, e as coisas permaneceram razoavelmente estáticas. As bactérias pareceram não “obtêm a sugestão.” Mas ao redor de uma metade de mês e, algumas bactérias mostraram sinais de fazer mais do que “apenas sobrevivendo.” Em o terceiro mês os cientistas podiam desmamar as bactérias evoluídas do açúcar e aumentá-las no CO2 e no piruvato apenas. A rotulagem do isótopo das moléculas do dióxido de carbono revelou que as bactérias usavam certamente o CO2 para criar uma parte significativa de sua massa do corpo, incluindo todos os açúcares necessários para fazer a pilha.

Quando os cientistas arranjaram em seqüência os genomas das bactérias evoluídas, encontraram muitas mudanças dispersadas durante todo os cromossomas bacterianos. “Eram completamente diferentes do que nós tínhamos previsto,” dizem o Milo. “Tomou-nos dois anos de trabalho duro para compreender quais destes são essenciais e para desembaraçar “a lógica” envolvida em sua evolução.” Repetir a experiência (e outra vez esperar meses) deram aos cientistas indícios essenciais para identificar as mutações necessárias para mudar a dieta de Escherichia Coli de uma baseada no açúcar a um dióxido de carbono de utilização.

Milo: “A capacidade para programar ou reengineer Escherichia Coli para fixar o carbono podia dar a pesquisadores uma caixa de ferramentas nova para estudar e melhorar este processo básico.” Embora actualmente as bactérias liberem o CO2 de novo na atmosfera, a equipe prevê que no futuro suas introspecções puderam ser aplicadas a criar os micro-organismos que embebem acima o CO2 atmosférico e o convertem na energia armazenada ou a conseguir colheitas com caminhos da fixação do carbono, tendo por resultado uns rendimentos mais altos e a melhor adaptação à humanidade de alimentação.

Source:

Weizmann Institute of Science