24 апреля 2017
Деньги из воздуха. Как победить парниковый эффект и обеспечить человечество топливом.
Бич экологов — углекислый газ может стать источником кислорода и сырьём для производства глюкозы, топлива и пластмасс.
"Из-за вращения корабля звёзды пробегали мимо иллюминатора, от этого становилось ещё муторнее. Слева, покачиваясь, выкатилась Большая Медведица, прошла почти подо мной и ускользнула вправо, через несколько секунд она появилась снова… Потом мы отправились на гидропонные фермы, но там ничего особенно интересного не оказалось: просто множество растений — их выращивали, чтобы возмещать кислород, потребляемый нами во время дыхания". Ракетный корабль "Галилей", описанный Робертом Хайнлайном в одноимённом романе, воплощал мечту нескольких поколений фантастов о длительных космических путешествиях. Спустя без малого 70 лет со времени первой публикации "Галилея" учёные, кажется, поняли, какой будет гидропоника этого корабля.
Каждый школьник знает, что растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород благодаря фотосинтезу. В этом процессе есть два основных этапа: световой, когда энергия Солнца трансформируется в энергию химических связей (например, АТФ), и темновой, когда происходит восстановление углекислого газа с образованием веществ, необходимых клетке. Проблема в том, что происходит это очень медленно, поэтому использовать естественный фотосинтез в промышленных масштабах было невыгодно. Биохимики из института Макса Планка (Германия) утверждают, что нашли способ перерабатывать углекислый газ в 2–3 раза быстрее и тратя на 25% меньше энергии.
Цепь химических реакций, происходящих в темновой фазе фотосинтеза, называют "циклом Кальвина". Один из важнейших участников этого процесса — рибулозобисфосфаткарбоксилаза (RuBisCO) — самый распространённый фермент на планете, заведующий присоединением CO2, который содержится в большинстве растений. Группа учёных во главе с доктором Тобиасом Эрбом из института Макса Планка осуществила занятный проект — заменила RuBisCO более эффективным синтетическим катализатором. Чтобы получить новый фермент, названный ECR (Enoyl-CoA Carboxylase/Reductase), разработали несколько вариаций, выбирая из них самые активные. При этом учёные заимствовали естественные ферменты, выделенные из девяти видов разных живых организмов. В результате была разработана альтернатива циклу Кальвина — цикл CETCH (crotonyl-CoA/ethylmalonyl-12 CoA/hydroxybutyryl-CoA), в котором углерод, высвобожденный из углекислого газа, реагирует с уксусной кислотой и образует яблочную кислоту.
"Простая" формула. Так выглядит цепочка преобразований цикла CETCH"Речь идёт об альтернативном варианте фотосинтеза, более эффективном, чем тот, который создала природа, правда, пока он существует только в пробирке, но и это уже прорыв", — говорит Кирилл Пыршев, младший научный сотрудник Института биохимии имени Палладина НАН Украины. По его словам, в новом цикле участвуют 17 ферментов, из них 14 существовали ранее, а три были специально синтезированы. "Подобрать их — колоссальная работа, насколько мне известно, в проекте участвовали не только сотрудники института Макса Планка, но и учёные из Высшей технической школы Цюриха, а также Объединённого института генома в Калифорнии", — отмечает эксперт. По его словам, результатом работы учёных может быть отдельная органелла, синтезирующаяся в клетке или добавляемая искусственно. "К примеру, уже существуют бактерии, синтезирующие пластик, спирт, инсулин, глицерол. Если внедрить в них цикл CETCH, можно получать всё это, по сути, из воздуха", — рассуждает биохимик.
У самого Тобиаса Эрба пока нет ясного представления о том, как следует использовать его разработку, но западная пресса уже называет её предтечей новой биотехнологической революции. Для того чтобы говорить о практическом применении цикла CETCH, нужно интегрировать его в живой организм, и условия промышленного использования находки Эрба будут зависеть от свойств этого организма.
Сегодня человечество добывает углерод из недр земли. Нефть и уголь — остатки растений и живых организмов, запасавших углерод из воздуха много столетий назад. Научившись получать углерод из воздуха в промышленных масштабах, можно создать дешёвую и экологически полезную альтернативу полезным ископаемым. "Использовать углерод для производства топлива в перспективе вполне реально, — подчёркивает биохимик. — Вопрос только в том, станут ли власти финансировать научные разработки в этом направлении. Вообще, химики-органики могут получить из углерода что угодно — от лекарств до битума для дорог. Кстати, интересно было бы имплементировать эту систему в дорожное полотно и забирать СО2 именно там, где ездят автомобили".
Прощай, смог. Жители Пекина, по которому ездит более 5 млн автомобилей, скоро смогут дышать полной грудью. Как и жители других мегаполисов — если искусственным фотосинтезом заинтересуется промышленностьПромышленники особого энтузиазма по поводу разработки Эрба пока не выражают, но экологи уже захлопали в ладоши. В американской научно-популярной периодике цикл CATCH называют идеальным средством для борьбы с парниковым эффектом. Теоретически, отбирая лишний СО2 из атмосферы, можно было бы отказаться от существующих квот на выброс углекислого газа и других нормативных инструментов ограничения роста промышленных мощностей. Только представьте: несколько десятилетий спустя знаменитый пекинский смог уйдёт в историю, да и в других мировых мегаполисах люди тоже смогут дышать полной грудью. А начать можно с малого, скажем, с портативных бытовых установок для очистки воздуха в квартире.
Автор: Мария БондарьПрощай, смог
... в мировых мегаполисах люди тоже смогут дышать полной грудью. А начать можно с малого, скажем, с портативных бытовых установок для очистки воздуха в квартире.
24 апреля 2017