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CO2 封存中的蓝藻和细菌样本。 从火山到落基山脉

细菌可以成为应对气候变化的重要盟友。 A 团队 研究人员发现了一种能够以比其他细菌高得多的速度吸收 CO2 的蓝藻。

细菌物种增加了一个已经很长的微生物列表,这些微生物已经自然进化以吸收二氧化碳作为从大气中去除温室气体的有效方式。

科学正在寻找这些生物体在应对气候危机中的可能应用。 最近的研究表明,细菌也可能产生有用的化学物质,并捕获二氧化碳。

介绍

封存和固定二氧化碳的能力 对于植物和微藻 (1) 是常见的,但是,细菌具有许多竞争优势,包括高生长速度和明显更快的生命周期、存在于高密度培养物中的能力以及易于进行基因工程改造的能力。

细菌此外,就像其他微生物一样,它们可以产生多种对工业和生态系统保护有用的化合物。

蓝藻的发现

2022年XNUMX月 发现了一种能够比任何其他已知生物更快地将 CO2 转化为生物质的蓝细菌。

远征 通过开展 团队2 前沿项目(2) 与巴勒莫大学的研究人员一起,旨在研究 Baia di Levante 的特殊生态系统,该生态系统位于 Vulcano 伊奥利亚岛旁边,其特点是世界上独一无二的浅层碳渗透,以及梯度在极低的 pH 值下来自火山渗漏的溶解二氧化碳。

流出的水充满了水,创造了一个罕见的生态系统,其中包含仍然未知的生命形式。

2 前沿项目

这个发现 蓝细菌的研究是''的重点项目之一的一部分2 前沿项目' 或 (2FP),CARBON 1。

2FP 是一项研究计划,汇集了 团队 微生物学家,致力于“科学探索”海洋和太空,寻找适应极端条件的微生物形式。 这些尚不为人知的物种实际上可以解决主要的社会挑战,例如气候变化、珊瑚白化或行星际生存。

碳 1 伊奥利亚群岛的研究基于这样一个假设,即地球上二氧化碳含量最高的地方可以容纳最适合消耗它的生物。 事实上,袭击球队的风成蓝藻具有独特的特性,包括惊人的利用二氧化碳的速度。

的发展 2 前沿项目

搜索 由 2FP 进行的第二次探险是在美国科罗拉多州落基山脉的温泉中开发的 CARBON 2,那里的二氧化碳含量更高。

结果 CARBON 2 的一部分目前正在分析中,但我们强烈希望,就像第一次探险一样,我们将能够找到其他有趣的生命形式。

与此同时,所有收集到的关于检测到的微生物的信息都将以 数据库 将 DNA 序列与储存的细菌样本相匹配。

CO2 固定酶

酵素 使这些生物能够隔离和固定二氧化碳的主要是:核酮糖2-二磷酸羧化酶/加氧酶(也称为RuBisCO)和碳酸酐酶(CA)。 这两种酶在古细菌和细菌领域都很常见。

除了转化 CO2 有效地转化为生物质,其中一些生物还可以将其转化为有用的化合物,例如一氧化碳、甲烷、甲醇或二甲醚 (DME)、烯烃和更高级的碳氢化合物,它们可以为生态系统保护做出重大贡献。

合成生物学和增强 CO2 封存机制

浓厚的兴趣 最近发现这些细菌的巨大潜力导致使用合成生物学和蛋白质和代谢工程来重建能够固定二氧化碳的新生物。

合成生物学 它成功地重新设计和重新定位了 CO2 固定的先天代谢途径,修改它们以开发和优化 CO2 固定酶的效率和持续时间。

大肠杆菌 设计的

在最早的细菌中 原核生物经过生物工程改造 E。大肠杆菌. 例如,在 2019 年发表于 Cell (3) 的一项研究中,研究人员 魏茨曼科学研究所 在以色列,他们报告说他们已经培育出一种细菌菌株 大肠杆菌,能够消耗二氧化碳作为能量,而不是使用糖和脂肪等有机化合物。

另一方面,结果既不令人满意也未实现工业化,特别是由于工程细菌排放的二氧化碳多于吸收的二氧化碳。

其他感兴趣的原核生物

其他研究 还证明了固碳细菌中碳代谢的有趣可塑性,包括 细长聚球藻. (4)

其他工程细菌 为了实现他们的 CO2 固定能力 富养罗尔斯顿菌 (5),在 O2 存在的情况下,能够从较低浓度的 CO2 开始合成生物质、燃料或化合物,以及 沼泽红假单胞菌 (6) 表明 CO2 还原为甲烷。 孢子鼠 (7) 最终显示出太阳驱动的 CO2 还原和固定转化为乙酸盐的高速率。

结论和观点

观点 希望这些创新能够同时应用于封存和固定二氧化碳,并支持正在进行的能源转型。

除了工程 关于细菌,最近的进展也集中在通过光生物反应器 (PBR) 对蓝细菌和微藻的培养进行生物技术改进,作为降低工业规模生产成本的可持续替代方案。 (8)

朱莉娅·皮特罗里尼

备注

(1) 达里奥·东戈和朱利亚·皮特罗里尼。 藻类和微藻类。 碳农业和二氧化碳升级再循环. 礼物(伟大的意大利食品贸易)。

(二)两岸工程。 官方网站。 https://twofrontiers.org/expeditions/carbon1

(3) Gleizer S、Ben-Nissan R、Bar-On YM 等。 转化大肠杆菌以从 CO2 生成所有生物质碳。 手机. 2019 年 27 月 179 日;6(1255):1263-12.e10.1016。 doi: 2019.11.009/j.cell.XNUMX

(4) Kanno M、Carroll AL、Atsumi S. 全球代谢重组以改善蓝藻中的 CO2 固定和化学生产。 Nat Commun。 2017;8(1):1–11. doi: 10.1038/ncomms14724

(5) Liu C、Colón BC、Ziesack M、Silver PA、Nocera DG。 二氧化碳还原效率超过光合作用的水分解-生物合成系统。 科学. 2016 年;352(6290):1210–1213。 doi: 10.1126/科学。 aaf5039

(6) Fixen KR、Zheng Y、Harris DF 等。 光合细菌中的固氮酶将光驱动的二氧化碳还原为甲烷。 Proc Natl Acad Sci. 2016;113(36):10163–10167. doi: 10.1073/pnas.1611043113

(7) Su Y、Cestellos-Blanco S、Kim JM 等。 用于高效太阳能驱动的 CO2 固定的密排纳米线电池混合体。 焦耳. 2020;4(4):800–811. doi: 10.1016/j.joule.2020.03.001

(8) Cheng J, Zhu Y, Zhang Z, Yang W. 微藻菌株的改造和改良以加强电厂燃煤烟气中 CO2 的固定。 Biores 技术。 2019; 291:121850。 doi: 10.1016/j.biortech.2019.121850

朱莉娅·皮特罗里尼
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毕业于工业生物技术专业,对可持续发展充满热情。

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