Учёные создали искусственный метаболический путь для производства АТФ с помощью электричества
Исследователи из Института наземной микробиологии Макса Планка в Марбурге совершили прорыв: они разработали искусственный метаболический путь, использующий электричество для производства АТФ (аденозинтрифосфата) — биохимического носителя энергии. Затем эту энергию можно использовать для создания богатых энергией химических соединений, таких как крахмал или белок. Этот путь открывает совершенно новый подход к устойчивой, климатически нейтральной биоэкономике.
АТФ с помощью электрического тока
Команда Тобиаса Эрба разработала ферментный каскад, способный производить АТФ с помощью электрического тока. Этот ферментативный каскад, названный «AAA-циклом», состоит из четырёх биокатализаторов. Главный фермент, альдегид-ферредоксин-оксидоредуктаза (AOR), восстанавливает кислоту до альдегида.
«Электрическая энергия запасается в альдегидной связи. Остальные три фермента отвечают за регенерацию альдегида. Этот процесс высвобождает энергию, которая используется для генерации АТФ», — объясняет Шаньшань Ло, ведущий автор исследования.
АТФ из AAA-цикла можно использовать для энергообеспечения химических реакций, например, производства глюкозо-6-фосфата — строительного блока для крахмала, или для синтеза белка.
Фермент AOR был обнаружен у малоизученной бактерии Aromaticum aromatoleum. Эта случайная находка стала ядром AAA-цикла.
«Раньше никогда не было возможности питать АТФ-зависимые биохимические реакции электричеством. AAA-цикл теперь способен напрямую преобразовывать электрическую энергию в биохимическую», — говорит Тобиас Эрб. Это открывает путь к синтезу богатых энергией ценных ресурсов, таких как крахмал, биотопливо или белки, из простых строительных блоков, а в будущем — даже из CO2.
Интерфейс между электричеством и биологией
Прежде чем концепция найдёт практическое применение, необходимы обширные исследования. Ферменты пока недостаточно стабильны и разрушаются под воздействием кислорода. В настоящее время преобразуется лишь небольшое количество энергии.
«В будущем AAA-цикл может работать на стыке электричества и биологии. Прямая подача электричества в химические и биохимические реакции — это настоящий прорыв», — заключает Эрб.
Исследование опубликовано в журнале Joule.