Karbondioksit Tüketen E.Coli Bakterisi Tasarlandı
Araştırmacılar, şeker veya diğer organik moleküller yerine karbondioksit(CO2) tüketerek gelişen ve çoğalan laboratuvarda en yaygın kullanılan bakteri türlerinden biri olan Escherichia Coli’nin bir türünü oluşturdular.
Bu çalışma gelecekte, CO2 tüketen E. Coli bakterilerinin, biyo-yakıt olarak kullanılabilecek organik karbon moleküllerini yapmak veya yiyecek üretmek için kullanılabileceğini gösterdi. 27 Kasım 2019 tarihinde Cell dergisinde yayınlanan çalışmaya göre, bu yöntemle üretilen ürünler, geleneksel üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında daha düşük emisyona sahip olacak ve atmosfer için zararlı olan gazları havadan uzaklaştırabilecek.
Araştırmaya dahil olmayan Marburg Almanya’daki Max Planck Karasal Mikrobiyoloji Enstitüsü’ndeki biyokimyacı ve sentetik biyolog Tobias Erb çalışma hakkında “Metabolik kalp nakli gibi,” ifadesini kullandı.
Bitkiler ve fotosentetik siyanobakteriler (oksijen üreten sudaki mikroplar), CO2’yi DNA, proteinler ve yağlar dahil karbon içeren yaşam yapı taşlarına dönüştürmek veya sabitlemek için ışıktan elde edilen enerjiyi kullanır. Ancak bu organizmaların genetik olarak modifiye edilmesinin zorluğu onları biyolojik fabrikalara dönüştürme çabalarını yavaşlattı.
Buna karşılık, E. coli’nin mühendisliği nispeten kolay olması ve hızlı büyümesi, genetik değişiklikleri optimize etmek için değişikliklerin hızlı bir şekilde test edilip düzeltilebilmesine imkan tanıyor. Ancak bakteri, glikoz gibi şekerler üzerinde büyümeyi tercih eder ve CO2 tüketmek yerine CO2 gazını atık olarak yayar.
İsrail’in Rehovot eyaletindeki Weizmann Bilim Enstitüsü’nün sistem biyoloğu Ron Milo ve ekibi, son on yıl boyunca E. coli’nin beslenme düzenini gözden geçirmek ve incelemek üzere çalıştı. 2016 yılında CO2’i tüketen bir tür oluşturmayı başardılar ancak bileşik, organizmanın karbon alımının yalnızca bir kısmını oluşturuyordu, geri kalanı bakterilerin beslendiği, piruvat olarak adlandırılan organik bir bileşikti.
Gaz Diyeti
Son çalışmada Milo ve ekibi, tüm karbonunu CO2’den elde edebilen bir E. coli suşu oluşturmak için genetik mühendisliği ve laboratuvar ortamında geliştirme yöntemlerini beraber kullandı. İlk önce, fotosentetik organizmaların CO2’yi organik karbona dönüştürmesini sağlayan bir çift enzimi kodlayan bakteri genlerini verdiler. Bitkiler ve siyanobakteriler bu dönüşümü ışıkla güçlendirir ancak bu E. coli için uygulanabilir değildir. Bunun yerine Milo’nun ekibi, format olarak adlandırılan organik bir molekülden enerji sağlayan bakteri geni yerleştirdi.
Bu ilavelere rağmen bakteri CO2 yerine şeker tüketmeyi tercih etti. Araştırmayı daha da detaylandırmak için, araştırmacılar bir yıl boyunca art arda değiştirilmiş E. coli suşlarını kültürlediler, onlara sadece dakika miktarlarında şeker ve Dünya atmosferindeki değerlerin yaklaşık 250 katı konsantrasyonlarda CO2 verdiler. Bakterilerin bu yeni beslenme düzenine uyum sağlamak için mutasyonlar geliştireceğini umdular. Yaklaşık 200 gün sonra, karbon kaynağı olarak sadece CO2 kullanabilen ilk hücreler ortaya çıktı. Ve 300 gün sonra, bu bakteri laboratuvar koşullarında CO2 tüketemeyenlere göre daha hızlı çoğaldı.
Milo, CO2 yiyen veya ototrofik E. coli suşlarının hala şeker üzerinde çoğalabildiğini ve seçim verildiğinde CO2’i tüketeceğini söyledi. Her 20 dakikada bir iki katına çıkabilen normal E. coli ile karşılaştırıldığında, autotrophic E. coli,% 10 CO2 olan bir atmosferde büyüdüğünde her 18 saatte bir artış sağlanır. Şu anda 0.041% atmosferik CO2 düzeyinde şeker olmadan yaşamaları mümkün değildir.
Milo ve ekibi bakterilerin daha hızlı büyümesini ve düşük CO2 seviyelerinde yaşamasını umuyor. Ayrıca E. coli’nin CO2’i nasıl tükettiğini ve geliştiğini anlamaya çalışıyorlar. Sadece 11 gende meydana gelen değişiklikler geçişe izin veriyor gibi görünüyor ve şimdi bu mekanizmanın nasıl işlediğini belirlemeye çalışıyorlar.
East Lansing’deki Michigan Eyalet Üniversitesi’nde ve California’daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda biyomühendis olan Cheryl Kerfeld çalışma bir “dönüm noktası” ve doğal süreçleri iyileştirmek için mühendisliğin gücünü gösteriyor, diyor.
Günümüzde, E. coli, insülin ve insan büyüme hormonu gibi faydalı kimyasalların sentetik versiyonlarını üretmek için kullanılıyor. Milo ve ekibi,çalışmalarının yakın gelecekte olmasa da ilerleyen yıllarda yenilenebilir yakıtları, yiyecekleri ve diğer maddeleri içerecek şekilde bakterilerin üretebileceği ürünleri genişletebileceğini söylüyor.
Orhan ÇAKAN
Kaynak
1-nature.com/articles/d41586-019-03679-x
