Áttörés a sejtbiológiában: cukor helyett szén-dioxidot eszik az új fejlesztésű E. coli baktérium
Egy nemzetközi kutatócsoport kifejlesztette a kólibaktériumként is ismert Escherichia coli (E. coli) egy olyan változatát, amely cukor és aminosavak helyett szén-dioxiddal táplálkozik. A tudósok szerint ez azért óriási áttörés, mert alapjaiban sikerült megváltoztatni az egyik legnépszerűbb biológiai modellszervezet belső működését – írja a Nature.
A kutatók szerint a szén-dioxid-diétán élő E. coli baktériumokat a jövőben felhasználhatják akár szerves szénmolekulák létrehozásához is, amiket bioüzemanyagok vagy ételek alapanyagaként is hasznosíthatnak. Az így létrehozott termékeknek alacsonyabb kibocsátásuk lenne, a baktériumok pedig akár a levegőből is kivonhatják a szén-dioxidot.
A tömény szén-dioxid a legjobb cukorpótló
A növények és az oxigént előállító cianobaktériumok a fény energiájának felhasználásával alakítják át a szén-dioxidot az élet alapvető elemeivé, például DNS-sé, fehérjékké vagy zsírokká. Ezeket a szervezeteket azonban nehéz genetikailag módosítani, így a kutatók eddig nem tudták kiaknázni a bennük rejlő lehetőségeket. Az E. coli ezzel szemben viszonylag egyszerűen módosítható, gyors növekedése pedig lehetővé teszi, hogy rövid idő alatt vizsgálhatók legyenek a módosítás hatásai.
Ron Milo, az izraeli Weizmann Kutatóintézet rendszerbiológusa és csapata egy évtizede kísérletezik az E. coli táplálkozásának módosításával, és most először sikerült olyan változatot létrehozni, amely minden szénbevitelét szén-dioxiddal fedezi. A baktériumnak először olyan géneket adtak, amik azokat az enzimeket kódolják, amelyek segítségével a fotoszintetizáló szervezetek a szén-dioxidot szerves szénné tudják alakítani. Míg a növények és a cianobaktériumok ez a fény energiájával érik el, az E. colit úgy módosították, hogy a hangyasav sójából, a formiátból nyerjen energiát.
De még ez sem volt elég ahhoz, hogy a cukrok helyett csak szén-dioxiddal táplálkozzon a baktérium. Közel egy évig kellett tenyészteni az újabb generációkat, miközben az egyre kevesebb cukor mellett a Föld légkörében találhatónál 250-szer nagyobb koncentrációjú szén-dioxidot etettek a baktériumokkal. Kétszáz nap után megjelentek az első sejtek, amelyek kizárólag szén-dioxiddal elégítették ki a szénszükségleteiket, míg a 300 napos határ után ezek a változatok már gyorsabban is fejlődtek, mint a szén-dioxidot megvető társaik.
Még éveket kell várni a finom baktériumlevesre
Az új E. colik azonban még nem túl életképesek: míg a cukron élő baktériumok száma 20 percenként tud duplázódni, addig a szén-dioxidot zabáló baktériumok 18 óránként feleződnek, még 10 százalékban szén-dioxidot tartalmazó légkörben is. A kutatók célja így a baktériumok gyorsabb fejlődésének és alacsonyabb szén-dioxid-szinteken való túlélésének elérése – a földi légkör jelenleg 0,041 százalékban tartalmaz szén-dioxidot.
A Nature szerint ez az eredmény leginkább azért nevezhető tudományos mérföldkőnek, mert bizonyítja, hogy a genetikai módosítás és az evolúcióbiológia vegyítésével milyen hatékonyan lehet befolyásolni a természetes folyamatokat. Az E. coli baktériumot már ma is olyan anyagok szintetikus változatainak készítéséhez hasznosítják, mint az inzulin vagy az emberi növekedési hormon, de Milo szerint a jövőben megújuló tüzelőanyagok vagy akár ételek alapanyagaként is szolgálhat.
A Cell folyóiratban megjelent tanulmány szerzői figyelmeztetnek, hogy munkájuk egyelőre csak bizonyíték a módszer működőképességére, de arra még éveket kell várni, hogy a gyakorlatban is alkalmazzák.
