Молекулы из воздуха и тока: бактерии открыли альтернативу химическим заводам

Можно ли вырабатывать полезные органические вещества с помощью электричества? Оказывается, да — и делают это вовсе не сложные установки, а крошечные бактерии.

Что такое микробный электросинтез

Микробный электросинтез (МЭС) — это технология, при которой электричество подается в раствор с бактериями, а те, в ответ на воздействие тока, начинают "питаться" углекислым газом и превращать его в органику: спирты, кислоты и теперь — даже аминокислоты.

Эта "зелёная" технология была известна уже более десяти лет, но точный биологический механизм оставался загадкой. Ученые не понимали, как именно бактерии захватывают электроны — напрямую или опосредованно. А без этой информации продвинуть МЭС в коммерческую сферу было сложно.

Немецкий прорыв

Исследователи из Германии впервые смогли доказать, как именно электроны попадают внутрь бактерий во время МЭС. Они сконструировали биореакторы, в которых можно было точно отслеживать химические процессы, включая побочный электролиз воды.

Именно водород, выделяющийся при этом, оказался ключевым игроком. Чем больше его оказывалось в растворе, тем интенсивнее работали бактерии Clostridium ljungdahlii. А при его нехватке производство органики резко падало.

"Мы доказали, что водород — основной посредник между электричеством и синтезом веществ в бактериальной клетке", — заявляют авторы исследования.

Что нового удалось получить

Ученые не только увеличили выход ацетата — основного продукта МЭС, но и впервые получили глицин и этаноламин. Эти аминокислоты раньше не удавалось синтезировать в этом процессе. При этом они значительно ценнее спиртов и кислот, которые обычно получали в подобных установках.

Почему это важно

Глицин и этаноламин — важные компоненты в производстве пластмасс, лекарств и удобрений. Возможность получать их из углекислого газа и воды, без участия нефти и газа, делает технологию МЭС потенциально революционной. Теперь, когда раскрыт ключевой механизм работы бактерий, она становится ближе к промышленной реализации.

Уточнения

Си́нтез (др.-греч. σύνθεσις "соединение, складывание, связывание"; от συν-"совместное действие, соучастие" + θέσις "расстановка, размещение, распределение, <место>положение") — процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.