تحمل البكتيريا مفتاحًا لتخزين الطاقة والوقود الحيوي

تحمل البكتيريا مفتاحًا لتخزين الطاقة والوقود الحيوي

ايهاب محمد زايد-مصر

مهندس بيولوجي كورنيل بوز بارستو ، دكتوراه. ‘ ، يحاول حل مشكلة كبيرة: كيفية بناء نظام منخفض التكلفة وصديق للبيئة وواسع النطاق لتخزين واسترجاع الطاقة من مصادر متجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية. لا توجد حاليًا طرق مستدامة لتخزين الطاقة الخضراء ، حيث أن البطاريات سامة بيئيًا.

قد يأتي الجواب في حزمة صغيرة. بكتيريا تسمى Shewanella oneidensis. يأخذ الميكروب الإلكترونات في عملية التمثيل الغذائي ، ويستخدم الطاقة لصنع سلائف أساسية لـ “تثبيت” الكربون ، والذي يحدث عندما تأخذ النباتات أو الكائنات الحية الكربون من ثاني أكسيد الكربون وتضيفه إلى جزيء عضوي ، عادة ما يكون السكر. يعمل Barstow على هندسة بكتيريا جديدة تخطو خطوة إلى الأمام باستخدام جزيئات السلائف هذه لصنع جزيئات عضوية ، مثل الوقود الحيوي.

تصف دراسة جديدة بعنوان “تحديد مسار امتصاص الإلكترون في Shewanella oneidensis” ، نُشرت في 11 أغسطس في مجلة Communications Biology ، لأول مرة آلية في Shewanella تسمح للميكروب بأخذ الطاقة إلى نظامه لاستخدامها في عملية التمثيل الغذائي.

قال بارستو ، الأستاذ المساعد في الهندسة البيولوجية والبيئية في كلية الزراعة وعلوم الحياة وكبير مؤلفي الورقة البحثية: “لا يوجد سوى عدد قليل جدًا من الميكروبات التي يمكنها حقًا تخزين الكهرباء المتجددة”. وأضاف أن القليل من الميكروبات يمكنها إصلاح ثاني أكسيد الكربون.

قال بارستو: “نريد صنع واحدة ، ولكي نفعل ذلك نحتاج إلى معرفة الجينات التي تشارك في إدخال الإلكترونات إلى الخلية.”

في الدراسة ، استخدم الباحثون تقنية تسمى “knockout sudoku” ، والتي اخترعها بارستو وزملاؤه للسماح لهم بتعطيل الجينات واحدًا تلو الآخر ، من أجل تحديد وظائفهم.

قال بارستو: “لقد وجدنا الكثير من الجينات التي نعرفها بالفعل عن إخراج الإلكترونات من الخلية تشارك أيضًا في إدخال الإلكترونات”. “ثم وجدنا أيضًا هذه المجموعة الجديدة تمامًا من الجينات التي لم يرها أحد من قبل والتي تحتاج إلى إدخال الإلكترونات إلى الخلية.”

المؤلف الأول أنيت رو ، دكتوراه. “11 ، أستاذ مساعد في علم الأحياء الدقيقة بجامعة سينسيناتي ، حدد المسار الذي تسهله هذه الجينات والذي يحرك الإلكترونات في عملية التمثيل الغذائي لشوانيلا.

اتضح أن مسار تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات والوقود الحيوي في نهاية المطاف فعال للغاية ، ويمكن توسيع نطاقه وجعل تشغيله رخيصًا. حدد الباحثون الجينات المتماثلة في العديد من الأجناس المختلفة من البكتيريا ، مما دفعهم للاشتباه في أنه قبل أن تطور الحياة على الأرض عملية التمثيل الضوئي ، ربما استخدمت البكتيريا مسارًا مشابهًا يستخدم الإلكترونات من الحديد المؤكسد لسحب الكربون من ثاني أكسيد الكربون لاستخدامه في صنع السكريات.

قال بارستو: “عندما نبني ميكروبًا يمكنه أن يأكل الإلكترونات ، وهو ما نقوم به الآن ، فإنه سيدمج تلك الجينات”. يخطط للبدء بإضافة الجينات إلى بكتيريا Escherichia coli ، وهي بكتيريا تمت دراستها جيدًا ويسهل التعامل معها. تفتح البكتيريا المهندسة التي تعمل بالإلكترونات الباب لاستخدام الطاقة المتجددة لصنع الوقود الحيوي والمواد الغذائية والمواد الكيميائية وعزل الكربون.

ومن بين المؤلفين المشاركين فرشيد سليميجازي ، طالب دكتوراه في مختبر بارستو. ليا تروتشل ، طالبة دكتوراه في مختبر رو ؛ ومايكل بايم ، الأستاذ المساعد للمعلوماتية الطبية الحيوية بجامعة هارفارد.

تم تمويل الدراسة من قبل صندوق ترحيب بوروز ووزارة الطاقة الأمريكية ومكتب القوات الجوية الأمريكية للبحث العلمي.

المصدر

https://news.cornell.edu/stories/2021/08/bacteria-may-hold-key-energy-storage-biofuels