خبر کامل
ابداع متابولیسم مصنوعی ReForm: تبدیل CO2 به مواد صنعتی و پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر
دی‌اکسید کربن (CO2)، بزرگترین آلاینده آب‌وهوایی، دیگر یک تهدید صرف نیست. محققان دانشگاه‌های نورث‌وسترن و استنفورد در آمریکا با ابداع یک «متابولیسم مصنوعی» به نام ReForm، راهی انقلابی برای تبدیل فرمات (مولکول ساده حاصل از CO2) به مواد شیمیایی باارزشی چون استیل-کوآ و مالات یافته‌اند که در صنایع غذایی، آرایشی و تولید پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر کاربرد دارند. این سیستم بدون نیاز به سلول‌های زنده، مسیرهای متابولیکی جدیدی را ممکن می‌سازد که در طبیعت وجود ندارند.
ReForm: تحول در بازیافت کربن و تولید پایدار
تبدیل دی اکسید کربن به محصولات مفید، آرزوی دیرینه دانشمندان بوده است. زیست‌شناسان مصنوعی، سیستم ReForm را طراحی کرده‌اند که فرمات، مولکول مایع ساده‌ای که به راحتی از دی اکسید کربن جذب‌شده تولید می‌شود، را مستقیماً به استیل-کوآ (متابولیت مرکزی همه سلول‌های زنده) تبدیل می‌کند. به عنوان اثبات مفهوم، این سیستم توانست استیل-کوآ را به مالات تبدیل کند؛ ترکیبی ارزشمند که کاربردهای گسترده‌ای دارد:
- محصولات غذایی
- لوازم آرایشی
- پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر
آنچه ReForm را انقلابی می‌کند، این است که مسیر متابولیکی ابداع شده، در طبیعت وجود ندارد. محققان به جای وابستگی به موجودات زنده، سیستمی کاملاً مصنوعی و بدون سلول از آنزیم‌های مهندسی‌شده ساختند که واکنش‌های بی‌سابقه در زیست‌شناسی را انجام می‌دهند. این پیشرفت علمی نویدبخش تولید سوخت‌های خنثی کربن و شیمی پایدار است.
مزیت عملکرد خارج از محدودیت‌های بیولوژیکی
برخلاف مسیرهای متابولیک طبیعی که درون سلول‌ها محدود هستند، ReForm کاملاً خارج از سلول عمل می‌کند. این طراحی، محدودیت‌های بیولوژیکی طولانی‌مدت را دور می‌زند و کنترل دقیق بر غلظت آنزیم‌ها، شرایط واکنش و کوفاکتورها را ممکن می‌سازد؛ امری که در سیستم‌های زنده تقریباً غیرممکن است.
اشتی کریم، رهبر مطالعه از دانشگاه نورث‌وسترن، می‌گوید: «انتشار بی‌وقفه دی اکسید کربن چالش‌های اجتماعی و اقتصادی عظیمی برای بشریت ایجاد کرده است. اگر می‌خواهیم به این چالش جهانی پاسخ دهیم، به مسیرهای جدیدی برای تولید کالاهای بدون کربن نیاز داریم.»
او توضیح می‌دهد که اگرچه طبیعت مسیرهایی برای پردازش دی اکسید کربن تکامل داده، اما هیچ‌کدام فرمات را به استیل-کوآ تبدیل نمی‌کنند. بنابراین، تیم با الهام از طبیعت، آنزیم‌های بیولوژیکی را مهندسی کرد تا این فقدان را در سیستم ReForm پر کنند.
قدرت زیست‌شناسی بدون سلول: سرعت و انعطاف‌پذیری
برای موفقیت سیستم ReForm، تیم ابتدا آنزیم‌هایی برای وظایف شیمیایی جدید ساختند. آن‌ها از تکنیک «زیست‌شناسی مصنوعی بدون سلول» استفاده کردند؛ روشی که ماشین مولکولی سلول را استخراج و در لوله آزمایش فعال می‌کند. مایکل جویت از دانشگاه استنفورد این کار را اینگونه تشبیه می‌کند: «این کار مانند باز کردن کاپوت ماشین و برداشتن موتور است. سپس از آن موتور برای اهداف دلخواه، بدون محدودیت‌های ماشین، استفاده می‌کنیم.»
این رویکرد، سرعت نوآوری را به شدت افزایش داد و غربالگری سریع ۶۶ آنزیم و بیش از ۳۰۰۰ گونه را در عرض چند هفته (به جای ماه‌ها) ممکن ساخت. در طرح نهایی، پنج آنزیم مهندسی‌شده در شش مرحله واکنش، فرمات را به استیل-کوآ تبدیل می‌کنند. انعطاف‌پذیری ReForm همچنین به آن اجازه می‌دهد ورودی‌های تک‌کربنه دیگر مانند فرمالدئید و متانول را نیز بپذیرد.
چشم‌انداز آینده: بهینه‌سازی برای اقتصاد کربن صفر
محققان معتقدند ReForm را می‌توان بیشتر بهینه کرد تا مسیرهای مصنوعی جدیدی بسازد که شیمی و زیست‌شناسی را ترکیب کنند. این پلتفرم، ابزارهایی برای تولید با راندمان کربن بالا ارائه می‌دهد و می‌تواند صنایع شیمیایی را پایدار کند. با تبدیل دی اکسید کربن مستقیم به مواد ارزشمند، این فناوری انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد و اقتصاد دایره‌ای را تقویت می‌کند. این نوآوری کلید رسیدن به جهان کربن‌صفر و سوق دادن صنایع به سمت آینده‌ای سبز خواهد بود.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
