Направленная эволюция учит бактерии поглощать углекислый газ

Исследователи из Научного института Вейцмана создали новый вид бактерий, который может эффективно «питаться» воздухом. Внимательно направляя эволюцию кишечной палочки в лаборатории, ученым удалось отучить их от предпочтительного рациона сахара и переключиться на углекислый газ в воздухе вокруг них.

Вся жизнь на Земле строит свою биомассу из углерода. Вообще говоря, на Земле существует два типа организмов, которые различаются в зависимости от того, откуда они берут углерод.

Автотрофы поглощают углекислый газ из воздуха и превращают его в полезный углерод — наиболее очевидным примером являются растения. Гетеротрофы, с другой стороны, получают свой углерод от употребления в пищу других организмов — сюда входят все животные, грибы и большинство бактерий.

Обычно организм является или одним или другим, но теперь исследователи сообщают о первом случае изменения типа организма.

«Наша лаборатория была первой, кто занялся идеей изменить рацион нормального гетеротрофа (который питается органическими веществами), чтобы превратить его в автотрофизм («жить в эфире»), — говорит Рон Мило, ведущий автор исследования.

«Сначала это казалось невозможно, но на этом пути мы многому научились, и в конце мы показали, что это действительно можно сделать. Наши результаты являются важной вехой на пути к нашей цели эффективного, экологичного научного применения».

Для начала команда ученых отредактировала E.coli, добавив в нее определенные гены, которые растения используют для выделения углерода из CO₂, а также ген, который позволяет бактериям получать энергию из формиата. Затем ученые попытались заставить E. coli развиваться в определенном направлении, осторожно манипулируя окружающей средой.

Со временем исследователи давали новым поколениям бактерий все меньше и меньше сахара. Примерно через 200 дней некоторые бактерии кишечной палочки полностью перешли на употребление CO₂.

Чтобы удостовериться, что они не нашли себе других питательных веществ, некоторые из них снабдили более тяжелым изотопом CO₂, а затем взвесили. И, конечно же, вес, который они набрали, точно соответствовал ожидаемой массе, если бы они съели CO₂.

В настоящее время бактерии можно выращивать для производства таких продуктов, как антибиотики, графен и топливо, но обычно их нужно кормить большим количеством сахара в форме кукурузного сиропа.

Исследователи говорят, что эти новые бактерии могут питаться только атмосферным CO₂ и получать энергию из возобновляемых источников энергии, что делает любые конечные продукты и топливо, которые они производят, по существу нейтральными в отношении углерода.

Исследование было опубликовано в журнале Cell.