Ученые впервые заставили микробы синтезировать аминокислоту с помощью электричества

В ходе микробного электросинтеза (МЭС) подвергаемые воздействию электричества микроорганизмы связывают углекислый газ, преобразуя его в различные вещества, такие как спирты и органические кислоты. Эта перспективная «зеленая» технология, позволяющая превращать атмосферный углекислый газ в топливо, известна более десяти лет. Но биологическая сторона вопроса оставалась неизвестной, что затрудняло коммерциализацию процесса.

И вот группа исследователей из нескольких научных центров Германии добилась прорыва в этом вопросе. Исследователи не только смогли доказать, как именно бактерии переносят получаемые от электрического тока электроны, но и уточнить спектр производимых таким способом органических веществ, а также оптимизировать процесс для максимально возможного выхода. Результаты исследования опубликованы в журнале Green Chemistry.

Во время МЭС электричество и углекислый газ подаются в питательный раствор, где содержатся бактерии, и некоторое время ученые полагали, что для связывания газа микроорганизмы улавливают электроны напрямую. Однако при подаче электричества в водный раствор происходит еще один процесс — электролиз, расщепление молекул воды на водород и кислород.

Чтобы проверить, как наличие водорода в системе влияет на электросинтез, ученые настроили лабораторные биореакторы таким образом, чтобы учитывать все параметры раствора в процессе МЭС. Это позволило доказать, что чем больше водорода было доступно бактериям Clostridium ljungdahlii, тем больше веществ они могли синтезировать в единицу времени. Если же водорода в смеси было недостаточно (например, сила тока была слишком мала для электролиза воды), бактерии резко снижали интенсивность электросинтеза.

Оптимизировав напряжение и концентрацию бактерий в растворе, ученые смогли увеличить выход полезного продукта электросинтеза — ацетата, а также обнаружить в растворе аминосоединения, которые раньше методом МЭС не получали. Конкретно речь об аминокислоте глицине и первичном спирте этаноламине, более ценных, чем этанол или ацетат, получавшиеся с помощью этих бактерий ранее. Поскольку аминосоединения широко применяются в химической промышленности, это открытие может помочь сделать технологию МЭС коммерчески жизнеспособной.