科學家使用定向進化方法使細菌將二氧化碳作為食物來源
魏茨曼科學研究所的研究人員創造了一種新型細菌,可以有效地“吃掉”二氧化碳。通過在實驗室中利用定向進化的方法,研究小組設法使細菌擺脫了它們偏愛的醣類飲食,並轉向周圍空氣中的二氧化碳。
地球上的所有生命都是利用碳來建立生物量的。廣義上講,地球上有兩種類型的生物,根據它們從何處獲得碳而不同。自養生物從空氣中吸收二氧化碳並將其轉化為可用的碳,最明顯的例子就是植物。另一方面,異養生物以外源有機物為食物,通過分解氧化有機物來獲取能量,這包括所有動物、真菌和大多數細菌。
而現在魏茨曼科學研究所的科學家報告稱他們使某種細菌的攝食發生了巨大變化。該研究的首席研究員Ron Milo表示:“我們的實驗室是第一個追求改變普通異養生物(食用有機物質)攝食以將其轉化為自養生物的機構。這最初聽起來是不可能的,但是它在這一過程中給我們帶來了很多經驗教訓,最後,我們證明了確實可以做到這點。我們的發現是實現我們高效,環保科學應用目標的重要里程碑。”
首先,研究小組對大腸桿菌進行了基因編輯,添加了植物用來捕獲二氧化碳中碳的某些基因,以及使細菌從甲酸鹽中獲取能量的基因。然後,研究小組試圖通過精心操縱環境,迫使大腸桿菌向定向進化方向發展。
細菌只攝取了足夠的糖,因此它們不會“餓死”,但可以吸收大量的二氧化碳和甲酸鹽。進化的過程表明,生命找到了一種應對此類壓力條件的方法,一些細菌很快就以二氧化碳為食物來源。由於這是充足的,而糖在這種環境中很少見。
隨著時間的流逝,研究人員為這種新型細菌提供的糖越來越少。大約200天后,一些大腸桿菌已完全轉換為吸收二氧化碳。那麼,這些細菌實際上有什麼用途呢?目前,研究人員可以培養細菌來產生諸如抗生素、石墨烯和燃料之類的東西,但是通常需要以玉米糖漿的形式“餵食”大量糖。研究人員表示,這些新細菌可以僅吸收大氣中的二氧化碳,並且可以利用可再生電力提供能量,從而使任何最終產品和燃料基本上產生碳中和。
這項研究發表在《CELL》雜誌上。