Немецкие химики научились превращать воздух в белковую "манну"

Немецкие биохимики открыли фермент, который может напрямую превращать атмосферный углекислый газ и спирт в молекулы метионина, одной из ключевых "молекул жизни". Результаты их опытов были опубликованы в журнале Nature Catalysis.

"По сравнению с фотосинтезом, ближайшим природным аналогом этого процесса, наша идея выглядит очень простой и элегантной. В фотосинтезе участвует около 14 различных ферментов, и его КПД обычно достигает отметки в 20%, тогда как наш подход требует применения всего двух белковых катализаторов", — заявил Арне Скерра (Arne Skerra) из Технологического университета Мюнхена (Германия).

В последние годы ученые пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. Например, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода. Несколько месяцев спустя их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.

Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт и прочие полезные органические вещества могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества зеленым топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.

Скерра и его коллеги добавили в их число комбинацию из двух белковых молекул, превращающих углекислый газ в простейшие "кирпичики жизни", аминокислоты, экспериментируя с ферментами, которые дрожжи и некоторые другие микробы используют для превращения последних в различные спирты.

Этот процесс был открыт еще в 1903 году известным немецким химиком Феликсом Эрлихом, и с тех пор ученые пытаются приспособить его для производства различных спиртов, а также раскрытия секретов того, какие вещества в водке и прочих спиртных напитках могут усугублять похмелье.

Авторы статьи заметили, что многие из ферментов, участвующих в работе "цепочки Эрлиха", можно заставить ускорять обратные реакции, немного изменив их структуру. Руководствуясь этой идеей, ученые попытались заставить два подобных белка не разлагать аминокислоты на спирты и углекислый газ, а наоборот, собирать их молекулы из этих компонентов.

Изначально, по словам самого Скерры, его команда не возлагала особых надежд на подобные реакции, так как они, как считали ученые, должны были происходить только при высоких концентрациях СО2 и при очень высоких давлениях. Первые же опыты неожиданным образом показали, что подобные превращения происходят и при относительно нормальных давлениях и долях углекислоты в воздухе.

Более совершенные версии ферментов смогли выйти на фантастически высокий уровень КПД для подобных реакций – более 40%. Ученые предполагают, что компьютерное моделирование поможет им сделать эту реакцию еще более эффективной и пригодной для промышленного применения.

Метионин, как отмечают исследователи, сегодня используется в качестве пищевой добавки для птиц и домашнего скота, что делает его производство выгодным даже на текущей стадии развития технологии. Аналогичным образом,  по словам биохимиков, можно производить и многие другие критически важные аминокислоты, такие как изолейцин и лейцин, что в теории позволит получать пищу и витамины прямо из воздуха, используя только воду, углекислоту и подобные катализаторы.