Биологические нанопровода ускорят производство топлива будущего

Ученые из Великобритании и США, включая исследователей из Университета штата Аризона, получили финансирование для улучшения процесса фотосинтеза с целью производства возобновляемого топлива.

Финансирование позволит четырем трансокеанским командам, одной из которых руководит доцент кафедры химии и биохимии ASU Энн Джонс, исследовать методы преодоления ограниченной эффективности фотосинтеза. Это приведет к способам значительного увеличения урожайности важных сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания или устойчивой биоэнергии. Обеспечение стабильных поставок энергии — ключевая задача XXI века.

Финансирование присуждено Национальным научным фондом США (NSF) и Советом по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук Великобритании (BBSRC) в рамках необычной программы, призванной объединить лучшие умы США и Великобритании для решения этой важной проблемы. Хотя фотосинтез — это природный механизм улавливания солнечной энергии растениями, водорослями и другими организмами, он имеет внутренние ограничения для крупномасштабного производства энергии.

«Проект представляет собой радикальный подход к усилению и преодолению фотосинтетических стратегий, наблюдаемых в природе, путем инженерии модульного разделения труда через электрическую связность», — говорит Джонс.

Простая аналогия — электростанция, не подключенная к распределительной сети. Не подключенная, избыточная энергия тратится впустую, и именно это происходит в фотосинтезирующих организмах, когда они перегружены светом. Однако создание линий электропередачи позволяет использовать и хранить энергию в другом месте. В этом проекте мы установим проводящие линии передачи между фотосинтетическим аппаратом одного вида и топливопродуцирующим метаболизмом второго вида, чтобы направлять избыточную энергию непосредственно на производство топлива.

Стратегия заключается в создании межклеточной платформы plug-and-play, которая позволит команде перенаправлять электроны от фотосинтезирующих клеток-источников к независимо сконструированным модулям производства топлива по биологическим нанопроводам.

«Фотосинтез необходим для жизни на Земле. Обеспечивая пищу и генерируя кислород, он сделал нашу планету пригодной для жизни. Этот процесс также имеет решающее значение для решения будущих проблем с продовольствием и топливом», — говорит исполняющая обязанности помощника директора NSF по биологическим наукам Джоанн Роскоски.

«Это чрезвычайно амбициозное исследование, но если поддерживаемые нами ученые смогут достичь своих целей, это будет глубоким достижением», — объясняет профессор Джанет Аллен, директор по исследованиям BBSRC.

В команду Джонс в США также входят Джон Голбек из Университета штата Пенсильвания, Дэвид Крамер из Университета штата Мичиган и Ичиро Мацумура из Медицинской школы Университета Эмори. Британскую часть команды, включающую Трэвиса Байера из Имперского колледжа Лондона и Томаса Бибби из Саутгемптонского университета, возглавит Ли Кронин из Университета Глазго, Шотландия.

Этот проект объединяет различные дисциплины для решения критического ограничения эффективности фотосинтеза и попутно расширит фундаментальные и прикладные знания в областях синтетической биологии, неорганической и биосинтетической химии, белковой инженерии, переноса электронов, хранения энергии, физиологии фотосинтеза и интеграции новых признаков в организмы.