科学家使用定向进化方法使细菌将二氧化碳作为食物来源

魏茨曼科学研究所的研究人员创造了一种新型细菌,可以有效地“吃掉”二氧化碳。通过在实验室中利用定向进化的方法,研究小组设法使细菌摆脱了它们偏爱的糖类饮食,并转向周围空气中的二氧化碳。

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地球上的所有生命都是利用碳来建立生物量的。广义上讲,地球上有两种类型的生物,根据它们从何处获得碳而不同。自养生物从空气中吸收二氧化碳并将其转化为可用的碳,最明显的例子就是植物。另一方面,异养生物以外源有机物为食物,通过分解氧化有机物来获取能量,这包括所有动物、真菌和大多数细菌。

而现在魏茨曼科学研究所的科学家报告称他们使某种细菌的摄食发生了巨大变化。该研究的首席研究员Ron Milo表示:“我们的实验室是第一个追求改变普通异养生物(食用有机物质)摄食以将其转化为自养生物的机构。这最初听起来是不可能的,但是它在这一过程中给我们带来了很多经验教训,最后,我们证明了确实可以做到这点。我们的发现是实现我们高效,环保科学应用目标的重要里程碑。”

首先,研究小组对大肠杆菌进行了基因编辑,添加了植物用来捕获二氧化碳中碳的某些基因,以及使细菌从甲酸盐中获取能量的基因。然后,研究小组试图通过精心操纵环境,迫使大肠杆菌向定向进化方向发展。

细菌只摄取了足够的糖,因此它们不会“饿死”,但可以吸收大量的二氧化碳和甲酸盐。进化的过程表明,生命找到了一种应对此类压力条件的方法,一些细菌很快就以二氧化碳为食物来源。由于这是充足的,而糖在这种环境中很少见。

随着时间的流逝,研究人员为这种新型细菌提供的糖越来越少。大约200天后,一些大肠杆菌已完全转换为吸收二氧化碳。那么,这些细菌实际上有什么用途呢?目前,研究人员可以培养细菌来产生诸如抗生素、石墨烯和燃料之类的东西,但是通常需要以玉米糖浆的形式“喂食”大量糖。研究人员表示,这些新细菌可以仅吸收大气中的二氧化碳,并且可以利用可再生电力提供能量,从而使任何最终产品和燃料基本上产生碳中和。

这项研究发表在《CELL》杂志上。

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