Един скорошен доклад описва как това е направено: Авторите покрили обикновена бактерия със зрънца от кадмиев сулфид и готово – тя сега използва светлината, за да подобри способността си да фиксира въглероден диоксид. Така бактерията е снабдена със свои собствени слънчеви панели. Избраната бактерията, Moorella thermoacetica, принадлежи към класа на ацетогените, чиито представители могат да фиксират CO2, за да произвеждат ацетат. Но с помощта на слънчевата енергия, бактерията произвежда много по-големи количества от него. Този трик може да има промишлени приложения, някои от тях дори са с екологична насоченост. Процесът поглъща CO2, което, разбира се, е силно желано тези дни. В допълнение, ацетатът е индустриално приложим като разтворител и може да се преобразува в други органични съединения, такива като винилацетатните пластмаси.

 (A) Изображение на хибридната система M. thermoacetica-кадмиев сулфид (CdS): растеж на клетките и биопреципитация (натоварване) на CdS-наночастици (показано в жълто), фотосинтетично превръщане на CO2 (център дясно) до оцетна киселина (вдясно) , (Б) Схема на биохимичния път: съществуват два възможни пътя за генериране на редуциращи еквиваленти, [H]: генериране извън клетката (пунктирана линия) или от пряк електронен транспорт в клетка (плътна линия). Credit: Sakimoto KK, Wong AB, Yang P

 Авторите на изследването превърнали М. thermoacetica от нефотосинтезираща бактерия във фотозинтезираща, чрез преципитация на частици от кадмиев сулфид върху повърхността ѝ. Кадмият е полупроводник, който е добър в улавянето на светлината. Този организъм, грам-положителен, анаеробен и образуващ спори, е внимателно подбран, защото е известно, че ефективно превръща CO2 в ацетат чрез пътя на Wood-Ljungdahl (известен също като път на редукция на ацетил -CoA). В процеса произвежда ацетат и биомаса. Той може да расте като автотроф, без да му бъдат предоставяни органични хранителни вещества, само с помощта на H2 и CO2. В много местообитания, М. thermoacetica има основен принос към кръговрата на въглерода. Той също така заема особено място в историята, тъй като е бил организмът, избран за най-ранните биологични експерименти, използващи изотопа C14 като индикатор.

Стъпките, за създаване на „изкуствен“ фотосинтетичен организъм, са прости:  бактериите се хранят с Cd2+ и цистеин, които се утаяват в разтвора под формата на CdS. Бактериите стават красиво декорирани с CdS-наночастици, около 10 нанометра или по-малки по размер, чиято химична природа е била потвърдена спектроскопски и чрез други средства. Накрая, пуснете синя светлина – когато CdS поглъща фотон, то се отделя един електрон и една „цяла двойка“: електрон и протон. Електронът осигурява редуцираща сила, която се предава по пътя на Wood-Ljungdahl, за да се синтезира оцетна киселина от CO2. Въпросът тук е, че светлината значително повишава продуктивността. Тези покрити с кадмиев сулфид бактерии, сега са пристрастени към светлината и я изискват, за да бъдат жизнеспособни. Обикновено те не я обичат, но частиците CdS ги предпазват от опасните фотони.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Добивът на ацетат е 90% на базата на първоначалната концентрация на цистеин, останалите 10% се превръщат в биомаса. Квантовият добив е 2,4% от падащата светлина, сравним с този на растенията.

Авторите симулирали цикъла на слънчевата светлина: 12 часа светлина, 12 часа на тъмно. На тъмно, производството на ацетат се увеличило многократно. Възможно ли е биосинтетични интермедиати да се натрупват по време на светлата фаза, а след това да се използват по време на тъмната?

Микроорганизмите – дрожди, плесени и бактерии – създават изключително полезни продукти, като например биогорива, разтворители и хранителни продукти. За съжаление, много от тези процеси водят до образуването на CO2. По принцип, този газ може да се използва в комбинация с водород, за да се произвеждат желани съединения, като захарите. Но е трудно да се произведе водород и трудно се съхранява. Хората са се опитали да го направят, използвайки твърдотелни полупроводникови елементи, които са добри в усвояването на светлина. Въпреки това, следващата стъпка – с помощта на електроните да се произвеждат органични съединения, е голямо предизвикателство. Така че, защо да не комбинираме двете неща – капацитетът на полупроводниците с биохимичните умения на биологията? Както един от авторите на статията, Пиедонг Янг, заяви: „Нашата хибридна система съчетава най-доброто от двата свята: способностите на полупроводниците да събират светлина с каталитичната сила на биологията. В това проучване, ние демонстрираме не само факта, че биоматериалите могат да бъдат достатъчно качествени, за да извършват полезна фотохимия, но и че в някои отношения те са дори по-изгодни за биологични приложения.“ Освен това, в бъдеще процесът може да бъде подобрен и използван на индустриално ниво.

Превод:  Росица Ташкова

Източник: http://schaechter.asmblog.org/