ГМО-бактерии подключили к солнечным батареям для производства топлива из углекислого газа

Биохимики придумали, как производить биотопливо из углекислого газа при помощи генно-модифицированных микроорганизмов и солнечных батарей. Использованная в эксперименте линия TIE-1 преобразовывала CO2 в биотопливо от 20 до 200 раз быстрее других аналогичных микроорганизмов.

Бактерии Rhodopseudomonas palustri 
© Caroline Harwood

“Микроорганизмы 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 микроорганизмы 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 микроорганизмов. 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 микроорганизмы 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.