Phát triển loại vi khuẩn ’ăn’ carbon dioxide

Theo một báo cáo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell (Tế bào) số ra này 27-11-2019, loại vi khuẩn này đã phát triển toàn bộ sinh khối cơ thể của chúng từ khí CO2 có trong không khí. Các nhà khoa học Israel nói đã có thể "tái lập trình" vi khuẩn E.coli, loài vi khuẩn tiêu thụ đường và thải ra CO2, vì vậy loại vi khuẩn này sử dụng CO2 từ môi trường và sản xuất ra đường mà chúng cần để nuôi cơ thể.

Thế giới sinh vật thường được chia thành mô hình tự dưỡng biến đổi CO2 thành sinh khối và mô hình dị dưỡng tiêu thụ các hợp chất hữu cơ. Mặc dù quan tâm rộng rãi đến việc lưu trữ năng lượng tái tạo và sản xuất thực phẩm bền vững hơn, kỹ thuật của các sinh vật mô hình dị dưỡng có liên quan đến công nghiệp sử dụng khí CO2 làm nguồn cung cấp carbon duy nhất của chúng cho đến nay vẫn là một thách thức nổi bật.

Nhóm nghiên cứu Israel đã báo cáo thành tựu của sự chuyển đổi này trong khoảng thời gian trong phòng thí nghiệm. Họ đã xây dựng và phát triển Escherichia coli để sản xuất tất cả carbon sinh khối từ CO2. Việc giảm công suất và năng lượng, nhưng không giảm carbon, được cung cấp thông qua formate dạng phân tử một-carbon, có thể được sản xuất bằng phương pháp điện hóa.

Rubisco và phosphoribulokinase được kết hợp với formate dehydrogenase để cho phép cố định và khử CO2 thông qua chu trình Calvin-Benson-Bassham. Tăng trưởng tự dưỡng đã đạt được sau vài tháng tiến hóa trong phòng thí nghiệm liên tục trong một chế độ hóa trị dưới sự tăng cường hạn chế carbon hữu cơ và được xác nhận thông qua ghi nhãn đẳng hướng.

Các chuyên gia đã vẽ sơ đồ gen của vi khuẩn, thêm vào gen của chúng một số gen mới để tạo ra bộ gene vi khuẩn trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, họ cũng cấy vào vi khuẩn một loại gen cho phép chúng nhận năng lượng từ hợp chất gọi là formate. Quá trình này chưa đủ để làm cho vi khuẩn thay đổi chế độ ăn của chúng, do đó cần một quá trình xử lý "cách mạng hóa trong phòng thí nghiệm" từ từ tách chúng ra từ đường.

Ở mỗi giai đoạn trong quá trình trên, tập tính của vi khuẩn sẽ làm quen với việc giảm một lượng đường và cùng thời gian đó chúng tiếp nhận thêm một lượng dư CO2 và formate. Các thế hệ tiếp theo của vi khuẩn từ từ thoát khỏi sự phụ thuộc vào đường, cho đến khoảng 6 tháng sau đó chúng sẽ quen với cơ chế tiêu hóa mới. Một số vi khuẩn trải qua sự biến đổi hoàn toàn về dinh dưỡng.

Các nhà nghiên cứu tin rằng thói quen “ăn uống” của loại vi khuẩn này có thể có lợi cho “sức khỏe” của Trái Đất. Vd. các công ty công nghệ sinh học sử dụng cấu trúc tế bào vi khuẩn hoặc nấm men sẽ sản xuất ra các sản phẩm hóa học có thể sản sinh ra loại vi khuẩn này trong các tế bào sử dụng CO2 thay vì sử dụng một lượng lớn si-rô ngô như hiện nay.

NCCong (theo VNP và www.cell.com)