Фотосинтез - ценная природная система для поглощения углекислого газа. Однако простое формирование биомассы не позволяет в полной мере использовать эту систему. Китайская группа исследователей, чье исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie, в настоящее время генетически сконструировала микробное сообщество, которое могло бы служить живым поглотителем углерода. В этом сообществе углекислый газ сначала превращается в сахар путем фотосинтеза, затем сахар превращается в полезные химические вещества.

Различные штаммы бактерий используются в биотехнологии для производства специфических химических веществ. Например, некоторые генетически модифицированные штаммы продуцируют молочную кислоту, которая, в свою очередь, используется для производства биоразлагаемого пластика - полимолочной кислоты (PLA). Другие штаммы используются для обогащения прекурсоров для производства биотоплива или фармацевтических препаратов. Однако, поскольку бактерии требуют энергии и питательных веществ, бактериальное производство химических веществ часто неэффективно.

Напротив, фототрофные организмы естественным образом производят сахар из углекислого газа, воды и солнечного света. Таким образом, в симбиотическом сообществе бактерии, производящие химические вещества, теоретически могли бы использовать этот сахар в качестве пищи, что делало бы их потенциальным поглотителем углерода и одновременно производило полезные химические вещества. Однако многие фотоавтотрофные организмы производят сахарозу в качестве запасенного сахара, именно тот сахар, который биоинженерные бактерии с трудом потребляют и утилизируют.

Имея это в виду, исследовательская группа Цзюнь Ни из Шанхайского университета Цзяо Тун в Шанхае (Китай) провела систематический поиск штаммов бактерий-кандидатов, которые могли бы быть биоинженерными, но которые также могли бы расти естественным путем на сахарозе. Они нашли то, что искали, в морской бактерии, известной как Vibrio natriegens: "К счастью, V. natriegens естественным образом содержит полный путь транспорта и метаболизма сахарозы", - сообщают авторы. Кроме того, V. natriegens поддается генетическим манипуляциям и хорошо переносит солевой стресс. Это важно, потому что соль стимулирует фотосинтезирующие цианобактерии к выработке сахарозы, тем самым создавая взаимоусиливающие процессы.

Затем исследовательская группа использовала эти знания для создания интегрированной модульной системы для улавливания CO2 из V. natriegens и известной цианобактерии Synechococcus elongatus. Они улучшили выработку сахара в цианобактериях с помощью генной инженерии, а также добавили гены к V. natriegens, которые увеличили поглощение сахара и превращение его в химические вещества. В ходе неожиданно эффективного процесса команда обнаружила, что цианобактерии могут упаковывать питательные вещества в пузырьки, которые затем выводятся из организма. Затем морские бактерии смогли легко проглотить эти пузырьки.

Команда создала четыре варианта V. natriegens, чтобы производить либо молочную кислоту, бутандиол для синтеза биотоплива, либо кумарин и меланин в качестве прекурсоров для химических веществ и фармацевтических препаратов. Бактерии в симбиозе с цианобактериями производили химические вещества с отрицательным балансом углерода. "Эта система может поглощать более 20 тонн углекислого газа на тонну продукта", - сообщают в команде. Авторы считают свои результаты доказательством того, что симбиотические микробные сообщества могут быть использованы в качестве эффективных поглотителей углерода.