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.

Az E. coli baktérium illusztrációjaFotó: Science Photo Library

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.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: