Gellir gweld fformad fel asgwrn cefn bioeconomi carbon-niwtral, wedi'i gynhyrchu o CO2 gan ddefnyddio dulliau (electro)gemegol a'i drawsnewid yn gynhyrchion gwerth ychwanegol gan ddefnyddio rhaeadrau ensymatig neu ficro-organebau wedi'u peiriannu. Cam pwysig wrth ehangu'r broses o gymathu fformad synthetig yw ei ostyngiad thermodynamig cymhleth o fformaldehyd, sy'n ymddangos yma fel newid lliw melyn. Credyd: Sefydliad Microbioleg Daearol Max Planck/Geisel.
Mae gwyddonwyr yn Sefydliad Max Planck wedi creu llwybr metabolaidd synthetig sy'n trosi carbon deuocsid yn fformaldehyd gyda chymorth asid fformig, gan gynnig ffordd garbon-niwtral o gynhyrchu deunyddiau gwerthfawr.
Mae llwybrau anabolig newydd ar gyfer sefydlogi carbon deuocsid nid yn unig yn helpu i leihau lefelau carbon deuocsid yn yr atmosffer, ond gallant hefyd ddisodli'r cynhyrchu cemegol traddodiadol o fferyllol a chynhwysion actif gyda phrosesau biolegol carbon-niwtral. Mae ymchwil newydd yn dangos proses lle gellir defnyddio asid fformig i drosi carbon deuocsid yn ddeunydd gwerthfawr i'r diwydiant biocemegol.
O ystyried y cynnydd mewn allyriadau nwyon tŷ gwydr, mae atafaelu carbon neu atafaelu carbon deuocsid o ffynonellau allyriadau mawr yn fater brys. Yng nghyd-destun natur, mae amsugno carbon deuocsid wedi bod yn digwydd ers miliynau o flynyddoedd, ond mae ei bŵer ymhell o fod yn ddigonol i wneud iawn am allyriadau anthropogenig.
Mae ymchwilwyr dan arweiniad Tobias Erb o Sefydliad Microbioleg Daearol. Mae Max Planck yn defnyddio offer naturiol i ddatblygu dulliau newydd ar gyfer trwsio carbon deuocsid. Maent bellach wedi llwyddo i ddatblygu llwybr metabolaidd artiffisial sy'n cynhyrchu fformaldehyd hynod adweithiol o asid fformig, canolradd posibl mewn ffotosynthesis artiffisial. Gall fformaldehyd fynd i mewn i sawl llwybr metabolaidd yn uniongyrchol i ffurfio sylweddau gwerthfawr eraill heb unrhyw effeithiau gwenwynig. Fel gyda phroses naturiol, mae angen dau brif gynhwysyn: ynni a charbon. Gellir darparu'r cyntaf nid yn unig gan olau haul uniongyrchol, ond hefyd gan drydan - er enghraifft, modiwlau solar.
Yn y gadwyn werth, mae ffynonellau carbon yn amrywiol. Nid carbon deuocsid yw'r unig opsiwn yma, rydym yn sôn am yr holl gyfansoddion carbon unigol (blociau adeiladu C1): carbon monocsid, asid fformig, fformaldehyd, methanol a methan. Fodd bynnag, mae bron pob un o'r sylweddau hyn yn wenwynig iawn, i organebau byw (carbon monocsid, fformaldehyd, methanol) ac i'r blaned (methan fel nwy tŷ gwydr). Dim ond ar ôl i asid fformig gael ei niwtraleiddio i'w fformad sylfaenol y mae llawer o ficro-organebau yn goddef crynodiadau uchel ohono.
“Mae asid fformig yn ffynhonnell addawol iawn o garbon,” pwysleisiodd Maren Nattermann, awdur cyntaf yr astudiaeth. “Ond mae ei drosi i fformaldehyd in vitro yn defnyddio llawer iawn o ynni.” Mae hyn oherwydd nad yw fformad, halen fformad, yn cael ei drosi’n hawdd i fformaldehyd. “Mae rhwystr cemegol difrifol rhwng y ddau foleciwl hyn, a chyn y gallwn gynnal adwaith go iawn, rhaid inni ei oresgyn gyda chymorth ynni biocemegol – ATP.”
Nod yr ymchwilwyr oedd dod o hyd i ffordd fwy darbodus. Wedi'r cyfan, po leiaf o ynni sydd ei angen i fwydo carbon i fetaboledd, y mwyaf o ynni y gellir ei ddefnyddio i ysgogi twf neu gynhyrchu. Ond nid oes ffordd o'r fath yn natur. “Roedd darganfod yr hyn a elwir yn ensymau hybrid â swyddogaethau lluosog yn gofyn am rywfaint o greadigrwydd,” meddai Tobias Erb. “Fodd bynnag, dim ond y dechrau yw darganfod ensymau posibl. Rydym yn sôn am adweithiau y gellir eu cyfrif gyda'i gilydd oherwydd eu bod yn araf iawn—mewn rhai achosion, mae llai nag un adwaith yr eiliad fesul ensym. Gall adweithiau naturiol fynd rhagddynt ar gyfradd sydd fil gwaith yn gyflymach.” Dyma lle mae biocemeg synthetig yn dod i mewn, meddai Maren Nattermann: “Os ydych chi'n gwybod strwythur a mecanwaith ensym, rydych chi'n gwybod ble i ymyrryd. Mae wedi bod o fudd mawr.”
Mae optimeiddio ensymau yn cynnwys sawl dull: cyfnewid blociau adeiladu arbenigol, cynhyrchu mwtaniadau ar hap, a dewis capasiti. “Mae fformad a fformaldehyd ill dau yn addas iawn oherwydd gallant dreiddio waliau celloedd. Gallwn ychwanegu fformad at y cyfrwng diwylliant celloedd, sy'n cynhyrchu ensym sy'n troi'r fformaldehyd sy'n deillio o hyn yn llifyn melyn nad yw'n wenwynig ar ôl ychydig oriau,” meddai Maren. Esboniodd Nattermann.
Ni fyddai canlyniadau mewn cyfnod mor fyr wedi bod yn bosibl heb ddefnyddio dulliau trwybwn uchel. I wneud hyn, cydweithiodd yr ymchwilwyr â'r partner diwydiannol Festo yn Esslingen, yr Almaen. “Ar ôl tua 4,000 o amrywiadau, fe wnaethom bedair gwaith o gynyddu ein cynnyrch,” meddai Maren Nattermann. “Felly, rydym wedi creu'r sail ar gyfer twf y micro-organeb model E. coli, ceffyl gwaith microbaidd biotechnoleg, ar asid fformig. Fodd bynnag, ar hyn o bryd, dim ond fformaldehyd y gall ein celloedd ei gynhyrchu ac ni allant drawsnewid ymhellach.”
Mewn cydweithrediad â'i gydweithiwr Sebastian Wink o Sefydliad Ffisioleg Foleciwlaidd Planhigion, mae ymchwilwyr Max Planck wrthi'n datblygu rhywogaeth a all amsugno canolradd a'u cyflwyno i fetaboledd canolog. Ar yr un pryd, mae'r tîm yn cynnal ymchwil ar drosi electrocemegol carbon deuocsid i asid fformig gyda grŵp gweithio yn Sefydliad Trosi Ynni Cemegol Max Planck dan gyfarwyddyd Walter Leitner. Y nod hirdymor yw "platfform un maint i bawb" o garbon deuocsid a gynhyrchir gan brosesau electrobiocemegol i gynhyrchion fel inswlin neu fiodiesel.
Cyfeirnod: Maren Nattermann, Sebastian Wenk, Pascal Pfister, Hai He, Seung Hwang Lee, Witold Szymanski, Nils Guntermann, Faiying Zhu “Datblygu rhaeadr newydd ar gyfer trosi fformad sy'n ddibynnol ar ffosffad i fformaldehyd in vitro ac in vivo”, Lennart Nickel. , Charlotte Wallner, Jan Zarzycki, Nicole Pachia, Nina Gaisert, Giancarlo Francio, Walter Leitner, Ramon Gonzalez, a Tobias J. Erb, 9 Mai, 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Cartref y newyddion technoleg gorau ers 1998. Cadwch lygad ar y newyddion technoleg diweddaraf drwy e-bost neu gyfryngau cymdeithasol. > Crynodeb e-bost gyda thanysgrifiad am ddim
Canfu ymchwilwyr yn Cold Spring Harbor Laboratories fod SRSF1, protein sy'n rheoleiddio ysblethu RNA, wedi'i uwchreoleiddio yn y pancreas.