फॉर्मेटला कार्बन-न्यूट्रल जैव-अर्थव्यवस्थेचा कणा मानले जाऊ शकते, जे (इलेक्ट्रो)केमिकल पद्धती वापरून CO2 पासून तयार केले जाते आणि एन्झायमॅटिक कॅस्केड्स किंवा इंजिनिअर्ड सूक्ष्मजीवांचा वापर करून मूल्यवर्धित उत्पादनांमध्ये रूपांतरित केले जाते. संश्लेषित फॉर्मेटच्या वापराचा विस्तार करण्यामधील एक महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे फॉर्मल्डिहाइडचे थर्मोडायनॅमिकली गुंतागुंतीचे रिडक्शन, जे येथे पिवळ्या रंगातील बदलाच्या रूपात दिसते. श्रेय: इन्स्टिट्यूट ऑफ टेरेस्ट्रियल मायक्रोबायोलॉजी मॅक्स प्लँक/गायसेल.
मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूटमधील शास्त्रज्ञांनी फॉर्मिक ऍसिडच्या मदतीने कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मल्डिहाइडमध्ये रूपांतर करणारा एक कृत्रिम चयापचय मार्ग तयार केला आहे, ज्यामुळे मौल्यवान सामग्री तयार करण्याचा एक कार्बन-तटस्थ मार्ग उपलब्ध झाला आहे.
कार्बन डायऑक्साइड स्थिरीकरणाचे नवीन उपचय मार्ग केवळ वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडची पातळी कमी करण्यास मदत करत नाहीत, तर औषधे आणि सक्रिय घटकांच्या पारंपरिक रासायनिक उत्पादनाऐवजी कार्बन-तटस्थ जैविक प्रक्रियांचा वापरही करू शकतात. नवीन संशोधनातून एक अशी प्रक्रिया समोर आली आहे, ज्याद्वारे फॉर्मिक ॲसिडचा वापर करून कार्बन डायऑक्साइडचे जैवरासायनिक उद्योगासाठी उपयुक्त अशा पदार्थात रूपांतर करता येते.
हरितगृह वायूंच्या उत्सर्जनात होणारी वाढ पाहता, मोठ्या उत्सर्जन स्रोतांमधून कार्बनचे किंवा कार्बन डायऑक्साइडचे विलगीकरण करणे हा एक तातडीचा ​​मुद्दा आहे. निसर्गात, कार्बन डायऑक्साइडचे शोषण लाखो वर्षांपासून होत आले आहे, परंतु मानवनिर्मित उत्सर्जनाची भरपाई करण्यासाठी त्याची शक्ती पुरेशी नाही.
मॅक्स प्लँक भू-सूक्ष्मजीवशास्त्र संस्थेचे टोबियास एर्ब यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधक कार्बन डायऑक्साइड स्थिर करण्याच्या नवीन पद्धती विकसित करण्यासाठी नैसर्गिक साधनांचा वापर करत आहेत. कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषणातील एक संभाव्य मध्यस्थ असलेल्या फॉर्मिक ॲसिडपासून अत्यंत क्रियाशील फॉर्मल्डिहाइड तयार करणारा एक कृत्रिम चयापचय मार्ग विकसित करण्यात त्यांना आता यश आले आहे. फॉर्मल्डिहाइड कोणत्याही विषारी परिणामांशिवाय इतर मौल्यवान पदार्थ तयार करण्यासाठी अनेक चयापचय मार्गांमध्ये थेट प्रवेश करू शकतो. नैसर्गिक प्रक्रियेप्रमाणेच, यासाठी दोन मुख्य घटकांची आवश्यकता असते: ऊर्जा आणि कार्बन. पहिली गोष्ट (ऊर्जा) केवळ थेट सूर्यप्रकाशातूनच नव्हे, तर विजेद्वारे - उदाहरणार्थ, सौर मॉड्यूल्सद्वारे - देखील पुरवली जाऊ शकते.
मूल्य साखळीमध्ये, कार्बनचे स्रोत परिवर्तनशील असतात. येथे कार्बन डायऑक्साइड हा एकमेव पर्याय नाही, तर आपण सर्व स्वतंत्र कार्बन संयुगांबद्दल (C1 मूलभूत घटक) बोलत आहोत: कार्बन मोनोऑक्साइड, फॉर्मिक ॲसिड, फॉर्मल्डिहाइड, मिथेनॉल आणि मिथेन. तथापि, यापैकी जवळजवळ सर्व पदार्थ अत्यंत विषारी आहेत, सजीवांसाठी (कार्बन मोनोऑक्साइड, फॉर्मल्डिहाइड, मिथेनॉल) आणि पृथ्वीसाठी (मिथेन एक हरितगृह वायू म्हणून) दोन्हीसाठी. फॉर्मिक ॲसिडचे त्याच्या मूळ फॉर्मेटमध्ये उदासीनीकरण झाल्यानंतरच अनेक सूक्ष्मजीव त्याची उच्च सांद्रता सहन करू शकतात.
“फॉर्मिक ॲसिड हा कार्बनचा एक अतिशय आश्वासक स्रोत आहे,” असे या अभ्यासाच्या पहिल्या लेखिका, मॅरेन नॅटरमन जोर देऊन सांगतात. “परंतु प्रयोगशाळेत त्याचे फॉर्मल्डिहाइडमध्ये रूपांतर करणे हे खूप ऊर्जा-खर्चिक आहे.” याचे कारण असे की, फॉर्मेटचा क्षार असलेल्या फॉर्मेटचे, फॉर्मल्डिहाइडमध्ये सहज रूपांतर होत नाही. “या दोन रेणूंमध्ये एक गंभीर रासायनिक अडथळा आहे, आणि प्रत्यक्ष अभिक्रिया घडवून आणण्यापूर्वी, आपल्याला जैवरासायनिक ऊर्जा – एटीपीच्या (ATP) मदतीने तो अडथळा पार करावा लागतो.”
संशोधकांचा उद्देश अधिक किफायतशीर मार्ग शोधणे हा होता. कारण, चयापचय क्रियेत कार्बन पुरवण्यासाठी जितकी कमी ऊर्जा लागेल, तितकी जास्त ऊर्जा वाढ किंवा उत्पादनाला चालना देण्यासाठी वापरता येईल. पण निसर्गात असा कोणताही मार्ग नाही. “अनेक कार्ये करणाऱ्या तथाकथित संकरित एन्झाइम्सच्या शोधासाठी काही कल्पकतेची गरज होती,” असे टोबियास एर्ब म्हणतात. “तथापि, संभाव्य एन्झाइम्सचा शोध ही केवळ सुरुवात आहे. आपण अशा अभिक्रियांबद्दल बोलत आहोत ज्यांची एकत्रितपणे गणना केली जाऊ शकते कारण त्या खूप मंद असतात—काही प्रकरणांमध्ये, प्रत्येक एन्झाइममागे प्रति सेकंद एकाहून कमी अभिक्रिया होते. नैसर्गिक अभिक्रिया हजार पटीने अधिक वेगाने होऊ शकतात.” इथेच कृत्रिम जैवरसायनशास्त्र उपयोगी पडते, असे मारेन नॅटरमन म्हणतात: “जर तुम्हाला एन्झाइमची रचना आणि कार्यपद्धती माहित असेल, तर कुठे हस्तक्षेप करायचा हे तुम्हाला कळते. याचा खूप फायदा झाला आहे.”
एन्झाइम ऑप्टिमायझेशनमध्ये अनेक पद्धतींचा समावेश आहे: विशेष बिल्डिंग ब्लॉकची अदलाबदल, यादृच्छिक उत्परिवर्तन निर्मिती आणि क्षमता निवड. “फॉर्मेट आणि फॉर्मल्डिहाइड दोन्ही खूप योग्य आहेत कारण ते पेशीभित्ती भेदून जाऊ शकतात. आपण पेशी संवर्धन माध्यमात फॉर्मेट टाकू शकतो, ज्यामुळे एक एन्झाइम तयार होते जे काही तासांनंतर परिणामी फॉर्मल्डिहाइडचे एका बिनविषारी पिवळ्या रंगद्रव्यात रूपांतर करते,” असे मॅरेन म्हणाल्या. नॅटरमन यांनी स्पष्ट केले.
हाय-थ्रूपुट पद्धतींच्या वापराशिवाय इतक्या कमी कालावधीत हे परिणाम शक्य झाले नसते. हे करण्यासाठी, संशोधकांनी जर्मनीतील एस्लिंगेन येथील औद्योगिक भागीदार फेस्टोसोबत सहकार्य केले. "सुमारे ४,००० बदलांनंतर, आम्ही आमचे उत्पादन चौपट केले," असे मारेन नॅटरमन म्हणतात. "अशाप्रकारे, आम्ही जैवतंत्रज्ञानाचा आधारस्तंभ असलेल्या 'ई. कोलाय' या आदर्श सूक्ष्मजीवाची फॉर्मिक ॲसिडवर वाढ होण्यासाठी पाया तयार केला आहे. तथापि, सध्या आमच्या पेशी केवळ फॉर्मल्डिहाइड तयार करू शकतात आणि पुढे रूपांतरण करू शकत नाहीत."
इन्स्टिट्यूट ऑफ प्लांट मॉलिक्युलर फिजिओलॉजीमधील त्यांचे सहकारी सेबॅस्टियन विंक यांच्या सहकार्याने, मॅक्स प्लँकचे संशोधक सध्या एक असा स्ट्रेन (strain) विकसित करत आहेत, जो मध्यवर्ती पदार्थ (intermediates) ग्रहण करून त्यांना केंद्रीय चयापचय क्रियेत (central metabolism) समाविष्ट करू शकेल. त्याच वेळी, ही टीम वॉल्टर लेटनर यांच्या मार्गदर्शनाखाली, इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल एनर्जी कन्व्हर्जनमधील एका कार्यकारी गटासोबत कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मिक ॲसिडमध्ये इलेक्ट्रोकेमिकल रूपांतरण करण्यावर संशोधन करत आहे. इलेक्ट्रोबायोकेमिकल प्रक्रियांनी तयार झालेल्या कार्बन डायऑक्साइडपासून इन्सुलिन किंवा बायोडिझेलसारखी उत्पादने तयार करणे, हे एक ‘सर्वांसाठी उपयुक्त व्यासपीठ’ (one-size-fits-all platform) निर्माण करणे, हे दीर्घकालीन ध्येय आहे.
संदर्भ: मारेन नॅटरमन, सेबॅस्टियन वेंक, पास्कल फिस्टेर, हाई हे, सेउंग ह्वांग ली, विटोल्ड शिमान्स्की, निल्स गुंटरमन, फायिंग झू “इन विट्रो आणि इन व्हिवोमध्ये फॉस्फेट-अवलंबित फॉर्मेटचे फॉर्मल्डिहाइडमध्ये रूपांतर करण्यासाठी एका नवीन कॅस्केडचा विकास”, लेनार्ट निकेल. , शार्लोट वॉलनेर, जान झार्झिकी, निकोल पाचिया, नीना गायसर्ट, जियानकार्लो फ्रान्सिओ, वॉल्टर लेटनर, रॅमन गोन्झालेझ आणि टोबियास जे. एर्ब, ९ मे, २०२३, नेचर कम्युनिकेशन्स. DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
सायटेक डेली: १९९८ पासून सर्वोत्तम तंत्रज्ञानविषयक बातम्यांचे केंद्र. ईमेल किंवा सोशल मीडियाद्वारे नवीनतम तंत्रज्ञानविषयक बातम्यांसह अद्ययावत रहा. > मोफत सदस्यतेसह ईमेल सारांश.
कोल्ड स्प्रिंग हार्बर लॅबोरेटरीजमधील संशोधकांना असे आढळून आले आहे की, आरएनए स्प्लिसिंगचे नियमन करणारे एसआरएसएफ१ (SRSF1) नावाचे प्रथिन स्वादुपिंडात वाढलेले असते.