Naukowcy stworzyli bakterie, które żywią się dwutlenkiem węgla

Większość z nas kojarzy ją jako drobnoustrój żyjący w naszych jelitach, który czasem jest przyczyną nieprzyjemnego zatrucia pokarmowego. Naukowcy jednak od lat starają się przeprogramować ją na wszelkie możliwe sposoby. Od lat wiemy na przykład, co podmienić w jej kodzie genetycznym, żeby wykorzystać ją do produkcji etanolu. Na tym jednak jej możliwości się nie kończą.

Ron Milo, biolog z Weizmann Institute of Science wraz ze swoim zespołem od przeszło 10 lat szukał sposobu, który pozwoliłby przeprogramować bakterie E.coli w bakterie autotroficzne, żywiące się m.in. dwutlenkiem węgla.

Pomysł w swoim założeniu był dość prosty: trzeba było znaleźć sposób na przeprogramowanie metabolizmu bakterii w taki sposób, żeby zaczęła wykorzystywać dwutlenek węgla, jako źródła swojego wzrostu. Rośliny korzystają w tym celu z mechanizmu fotosyntezy, który jak na razie jest zbyt trudny do przeniesienia do innych organizmów.

Zamiast tego jednak, dr Milo postanowił wyposażyć swoje eksperymentalne bakterie w gen kodujący enzym, który pozwoliłby im na przetwarzanie mrówczanu w cząsteczki ATP, które są nośnikiem energii w metabolizmie E. Coli.

Enzym pozwalający na trawienie mrówczanu okazał się strzałem w dziesiątkę. Dzięki tak wysokoenergetycznej diecie przeprogramowane bakterie były w stanie zacząć korzystać z kolejnych modyfikacji - enzymów, które pozwalają im na przekształcanie dwutlenku węgla w cukry i inne cząsteczki organiczne.

Naukowcy co prawda usunęli z ich kodu genetycznego część fragmentów kodujących enzymy do przetwarzania ich naturalnych źródeł pokarmu, ale to nie powstrzymało przeprogramowanych bakterii do powrotu do starych nawyków żywieniowych. Dopiero umieszczenie genetycznie zmodyfikowanej partii E. Coli w ściśle kontrolowanym środowisku (naczyniach laboratoryjnych) pozwoliło naukowcom na wymuszenie zmian w ich metabolizmie. W jaki sposób?

Po pierwsze: proces odbywał się stopniowo. Zespół Milo zaczął od podawania bakteriom diety składającej się z ksylozy (cukru drzewnego), mrówczanu i CO2. Taka mieszanka pozwoliła bakteriom na rozmnażanie się i w miarę spokojnego życia w laboratorium. Na tym jednak eksperyment się nie skończył.

Zamiast wymyślać koło od nowa, naukowcy postanowili przeprowadzić dalszy proces zmian przy pomocy… ewolucji. W tym celu zaczęli stopniowo zmniejszać podawane dawki ksylozy, licząc na to, że część potomstwa bakterii zmutuje w taki sposób, aby skupić się na przetwarzaniu mrówczanu i dwutlenku węgla.

300 dni i kilkaset pokoleń później, bakterie E. Coli wykształciły u siebie 11 nowych mutacji genetycznych, które pozwoliły im rozwijać się bez przetwarzania ksylozy. W dużym skrócie oznacza to, że naukowcom udało się przystosować pospolicie występujące bakterie do nowego sposobu żywienia się, bardziej zbliżonego do sposobu odżywiania się roślin.

Publikacja opisująca cały eksperyment ukazała się właśnie w czasopiśmie Cell. Niewykluczone, że metoda programowania bakterii E. Coli zacznie być w przyszłości wykorzystywana do redukcji nadmiaru dwutlenku węgla w naszej atmosferze. Na pewno jednak nie stanie się to w najbliższym czasie.

Naukowcy muszą przeanalizować wszystkie możliwe scenariusze, w których np. wypuszczamy kilka miliardów, zmodyfikowanych w ten sposób bakterii w świat, bez żadnej kontroli nad nimi.