Thiết kế hệ thống khai thác CO2 hiệu quả hơn

Dân trí Nhóm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật trái đất Max-Planck (MPI) ở Đức đã khai thác chuyên môn về tổng hợp ADN của Viện Nghiên cứu bộ gen (JGI) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để đảo ngược con đường sinh học tổng hợp nhằm cố định cacbon hiệu quả hơn.

Mặc dù các sinh vật đa dạng trên hành tinh có chứa các enzym chuyển đổi CO2 thành các hợp chất hữu cơ như đường, giống như cây thực hiện quá trình quang hợp, nhưng những nỗ lực để khai thác khả năng biến đổi CO2 thành các sản phẩm có giá trị cao như nhiên liệu sinh học và các hóa chất tái tạo, mới chỉ gặt hái thành công hạn chế. Dù nồng độ CO2 gia tăng trong khí quyển là một thách thức, nhưng các nhà nghiên cứu cũng xem như đây là cơ hội.

Thiết kế hệ thống khai thác CO2 hiệu quả hơn - 1

Nhóm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật trái đất Max-Planck (MPI) ở Đức đã khai thác chuyên môn về tổng hợp ADN của Viện Nghiên cứu bộ gen (JGI) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để đảo ngược con đường sinh học tổng hợp nhằm cố định cacbon hiệu quả hơn. Con đường này dựa vào enzym mới cố định CO2 nhanh hơn gần 20 lần so với các enzym phổ biến nhất trong tự nhiên, có nhiệm vụ thu khí CO2 trong thực vật bằng cách sử dụng ánh nắng mặt trời làm năng lượng.

Tobias Erb, trưởng nhóm nghiên cứu cho rằng: Những nỗ lực kết hợp trực tiếp các con đường tổng hợp để cố định CO2 trong sinh vật sống, cho đến nay không thành công. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp đơn giản hoàn toàn khác, trong đó các thành phần tổng hợp chính được kết hợp trong một ống nghiệm theo hướng từ dưới lên.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với một số con đường cố định CO2 về mặt lý thuyết có thể hình thành chu trình cacbon liên tục, nhưng họ không dừng lại ở đó. "Chúng tôi không hạn chế nỗ lực thiết kế các enzym quen thuộc, mà đã xem xét tất cả những phản ứng có vẻ khả thi về mặt sinh hóa", Erb nói.

Không giống việc lập trình tự ADN, ở đó ngôn ngữ của sự sống được xác định từ bộ gen của sinh vật, ADN tổng hợp trước tiên đòi hỏi phải xác định một yếu tố di truyền đặc biệt như enzym cố định cacbon từ khí quyển, sau đó, viết và thể hiện mã đó trong một hệ thống mới.

Cuối cùng, bằng cách lập trình tự và tổng hợp, các nhà khoa học đã tìm thấy nguồn gốc của 17 enzym từ 9 sinh vật khác nhau tại 3 địa điểm và sắp xếp các yếu tố này để đạt mục đích chứng minh khái niệm về hiệu quả của con đường cố định CO2 vượt trội hơn con đường trong tự nhiên. Erb gọi đây là "chu kỳ CETCH" cho crotonyl-CoA/ethylmalonyl-12 CoA/hydroxybutyryl-CoA vì nó khai thác hiệu quả hơn CO2 từ khí quyển.

Bằng cách triển khai khái niệm “tổng hợp ngược” trao đổi chất, từng bước tách phản ứng trở lại tất cả các tiền chất nhỏ hơn, nhóm nghiên cứu đã xác định được các điều kiện nhiệt động và tìm ra chiến lược cho nhiều kết quả triển vọng có thể cạnh tranh với các con đường trao đổi chất trong tự nhiên. Sau đó, họ đã khai thác các cơ sở dữ liệu công khai về enzym để hỗ trợ cho mô hình và lựa chọn thử nghiệm vài chục enzym.

"Đầu tiên, chúng tôi tái tạo từng bước chuỗi phản ứng cố định CO2 bằng cách cung cấp các thành phần để xúc tác tất cả các phản ứng như mong đợi. Sau đó, chúng tôi đã theo dõi dòng khí CO2 để phát hiện phản ứng đặc thù nào bị hạn chế về tốc độ".

Kết quả là methylsuccinyl-CoA dehydrogenase (Mcd), một thành phần của dòng enzym tham gia vào quá trình hô hấp - phản ứng trao đổi chất trong tế bào của sinh vật để biến đổi các chất dinh dưỡng như cacbon thành những đơn vị năng lượng.

Erb cho biết: "Để khắc phục hạn chế này, chúng tôi đã thiết kế Mcd để sử dụng oxy như là chất nhận electron nhằm tăng cường chức năng, nhưng vẫn không đủ. Chúng tôi đã phải thay thế thiết kế con đường ban đầu bằng các chuỗi phản ứng thay thế, sử dụng kỹ thuật enzym để giảm thiểu phản ứng phụ của các enzym pha tạp và đã đưa vào các enzym cần thiết để điều chỉnh sự hình thành của các chất chuyển hóa cuối cùng".

Nhờ sự hỗ trợ của nhóm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật trái đất Max-Planck, Viện Nghiên cứu bộ gen đã tổng hợp hàng trăm biến thể enzym Enoyl-CoA carboxylase/reductase (ECR) thông qua Chương trình khoa học cộng đồng. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật trái đất Max-Planck sử dụng ECR với hoạt tính cố định CO2 cao nhất để xây dựng thành công con đường nhân tạo cố định CO2 hiệu quả hơn trong ống nghiệm.

Erb cho rằng ECR là enzym tăng áp, có khả năng cố định CO2 với tốc độ nhanh hơn gần 20 lần so với hầu hết các enzym cố định CO2 phổ biến nhất trong tự nhiên như RuBisCo. Quá trình hóa học này giúp khai thác ánh sáng mặt trời để biến khí CO2 thành đường cho các tế bào sử dụng làm năng lượng cùng với các quá trình tự nhiên khác trên hành tinh và giải thích cho sự chuyển đổi khoảng 350 tỷ tấn CO2 mỗi năm.

Nghiên cứu này mở ra nhiều triển vọng ứng dụng trong tương lai.

N.P.D-NASATI (Theo Phys)

MỚI NHẤT
Tìm thấy vùng nước sâu nhất, bằng một phần ba đường đến lõi của Trái Đất
Tìm thấy vùng nước sâu nhất, bằng một phần ba đường đến lõi của Trái Đất

(Dân trí) - Ý tưởng về độ sâu của đại dương dưới bề mặt trong Hành trình đến Trung tâm Trái đất (Journey to the Centre of the Earth ) của JULES VERNE có lẽ là không quá xa. Vỏ Trái đất có thể chứa nhiều giá trị của nước đại dương, với độ sâu nhất là 1.000km.

Chủ nhật, 27/11/2016 - 07:20

Cây trồng được biến đổi để sử dụng hiệu quả ánh nắng mặt trời
Cây trồng được biến đổi để sử dụng hiệu quả ánh nắng mặt trời

(Dân trí) - Các nhà khoa học Hoa Kỳ đã biến đổi gen của cây trồng để cây có thể sử dụng ánh nắng mặt trời hiệu quả hơn. Bước đột phá này cuối cùng có thể làm tăng đáng kể lượng sản lượng lương thực.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 05:22

Kinh hoàng cảnh báo đốm lặn xuống sông để “săn” cá sấu
Kinh hoàng cảnh báo đốm lặn xuống sông để “săn” cá sấu

(Dân trí) - Một con báo đốm đi dọc bờ sông để kiếm thức ăn và nó phát hiện ra cá sâu đang nằm ở dưới bề mặt nước. Tiếp cận con mồi một cách nhanh chóng và sau đó báo đốm nhảy thẳng xuống nước dùng bộ hàm chắc khỏe cắn vào đầu cá sấu. Mặc dù cá sấu đã vùng vẫy nhằm để thoát thân nhưng nó đã không thoát được khả năng “sát thủ” của báo đốm.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 05:20

Phụ nữ có vòng 3 lớn hơn sẽ thông minh và khỏe mạnh hơn
Phụ nữ có vòng 3 lớn hơn sẽ thông minh và khỏe mạnh hơn

Một nghiên cứu mới được công bố đã cho thấy những phụ nữ có vòng 3 lớn hơn sẽ có một cuộc sống tốt đẹp hơn.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 05:06

Nguy cơ mắc bệnh tim mạch cao khi ăn nhiều chất béo bão hòa
Nguy cơ mắc bệnh tim mạch cao khi ăn nhiều chất béo bão hòa

(Dân trí) - Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tiêu thụ thường xuyên nhiều chất béo bão hòa có thể tăng nguy cơ mắc bệnh mạch vành. Những loại chất béo này nên được thay thế bằng chất béo chưa bão hòa, carbohydrate ngũ cốc toàn phần hoặc đạm thực vật để phòng ngừa bệnh tim mạch.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 05:01

Phát hiện thành phố cổ đại Ai Cập hơn 7.000 năm tuổi
Phát hiện thành phố cổ đại Ai Cập hơn 7.000 năm tuổi

Theo phóng viên TTXVN tại Cairo, các nhà khảo cổ Ai Cập đã phát hiện ra khu nghĩa trang và một thành phố cổ đại hơn 7.000 năm tuổi ở gần Abydos, thành phố được cho là một trong những kinh đô đầu tiên của Ai Cập.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 07:14

Lý giải khả năng san hô sống sót khỏi thảm họa môi trường
Lý giải khả năng san hô sống sót khỏi thảm họa môi trường

(Dân trí) - Dữ liệu mới về trình tự bộ gen cho thấy san hô ở vùng biển Caribê đã sống sót khỏi các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt do biến đổi môi trường, có thể hồi phục và mở rộng quần thể của chúng.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 07:09

Enzym từ vi khuẩn có thể sản xuất nhựa phân hủy sinh học
Enzym từ vi khuẩn có thể sản xuất nhựa phân hủy sinh học

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã xác định được cấu trúc enzym từ vi khuẩn dùng để sản xuất nhựa phân hủy sinh học, một bước tiến giúp các kỹ sư hóa học tinh chỉnh enzym để nó trở nên có ích trên quy mô công nghiệp.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 07:04

Giải nhất Nhân tài Đất Việt 2016 tiếp tục “đoạt vàng” ở Giải thưởng ASEAN ICT Awards
Giải nhất Nhân tài Đất Việt 2016 tiếp tục “đoạt vàng” ở Giải thưởng ASEAN ICT Awards

(Dân trí) - Chưa đầy một tuần sau khi nhận Giải nhất hệ thống sản phẩm CNTT ứng dụng trên thiết bị di động của Giải thưởng Nhân tài Đất Việt, ứng dụng Khỉ con tinh nghịch (Monkey Junior) lại đoạt giải vàng tại hạng mục Startup xuất sắc nhất của Giải thưởng ASEAN ICT Awards vừa được công bố tối 25/11.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 12:15

Bí ẩn về quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời
Bí ẩn về quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời

(Dân trí) - Quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời do máy ảnh của NASA chụp lại với hình ảnh phóng đại ở phía bên phải đã làm các nhà khoa học theo thuyết âm mưu bối rối.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 02:24

Vì sao vết thương lâu lành theo tuổi tác?
Vì sao vết thương lâu lành theo tuổi tác?

(Dân trí) - Quá trình lão hóa trên thực tế đã được chứng minh từ chiến tranh thế giới thứ nhất với quan sát cho thấy vết thương của người lính già lâu lành hơn. Nhưng, cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa xác định được những thay đổi nào liên quan đến tuổi tác, cản trở khả năng phục hồi của cơ thể.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 01:42

Khoảnh khắc chú chim thông minh tấn công và “xơi tái” rắn độc
Khoảnh khắc chú chim thông minh tấn công và “xơi tái” rắn độc

(Dân trí) - Trận chiến vô cùng thú vị giữa một con chim thuộc bộ Sẻ với một con rắn độc được nhà quay phim 53 tuổi Frank De Souza ghi lại ở công viên Marloth, Nam Phi. Với lợi thế di chuyên liên tục ở trên không và dùng mỏ tấn công trực diện vào đầu rắn, chú chim nhỏ đã “hạ gục” đối thủ.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 01:01

ĐÁNG QUAN TÂM
Một lỗi sai lầm ngớ ngẩn trong tính toán đã làm tàu đổ bộ Schiaparelli tận số
Một lỗi sai lầm ngớ ngẩn trong tính toán đã làm tàu đổ bộ Schiaparelli tận số

(Dân trí) - Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) đã tiết lộ thông tin mới về vụ va chạm của tàu độ bổ sao Hỏa ExoMars Schiaparelli. Ngay sau khi triển khai bung dù, con tàu đã thực hiện một tính toán sai lầm khiến nó tưởng mình đã ở bên dưới bề mặt sao Hỏa, trong khi thực tế nó vẫn cách mặt đất gần 3,22 km.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 07:30

Chú chó của bạn sẽ nhớ được những gì bạn đã làm
Chú chó của bạn sẽ nhớ được những gì bạn đã làm

(Dân trí) - Con người có một khả năng đặc biệt để ghi nhớ và nhớ lại các sự kiện trong quá khứ, cho dù những sự kiện đó không có điểm quan trọng đặc biệt nào khi xảy ra. Mới đây các nhà nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng cho thấy loài chó cũng có dạng “trí nhớ phân đoạn” như vậy.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 06:27

Cận cảnh báo đốm nhảy thẳng vào hang để “hạ gục” lợn rừng
Cận cảnh báo đốm nhảy thẳng vào hang để “hạ gục” lợn rừng

(Dân trí) - Báo đốm phát hiện thấy lợn rừng đang đào hang và nó nhanh chóng tiếp cận. Nhân lúc lợn rừng không chú ý, báo đốm nhảy thẳng vào hang và dùng hàm răng chắc khỏe của mình để “hạ gục” con mồi. Với quai hàm khỏe, báo đốm có thể săn bắt hươu, nai, chuột lang nước và lợn lòi Pecari, thậm chí là cá sấu và trăn.

Thứ năm, 24/11/2016 - 08:43

Nghi thức tang lễ kiểu hỏa táng đã có từ gần 10.000 năm trước
Nghi thức tang lễ kiểu hỏa táng đã có từ gần 10.000 năm trước

Ngày 23/11, các nhà khoa học Đức và Brazil thông báo đã phát hiện những dấu tích lâu đời minh chứng cho sự tồn tại những nghi thức tang lễ theo kiểu hỏa táng, xử lý thi thể người quá cố hay thậm chí có thể là ăn thịt người chết tại Brazil từ gần 10.000 năm trước.

Thứ năm, 24/11/2016 - 07:56

Bãi biển Cửa Đại sạt lở nặng do thiếu hụt bùn cát
Bãi biển Cửa Đại sạt lở nặng do thiếu hụt bùn cát

(Dân trí) - Đó là khẳng định của PGS.TS. Nguyễn Chu Hồi – giảng viên cao cấp ĐH Quốc gia Hà Nội – tại buổi đối thoại bàn tròn cấp cao về Quản lý tổng hợp lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và vùng bờ Đà Nẵng – Quảng Nam: Một cách tiếp cận”Từ đầu nguồn xuống biển”.

Thứ năm, 24/11/2016 - 03:59

Giải thích nguồn gốc bí ẩn của metan dưới đại dương
Giải thích nguồn gốc bí ẩn của metan dưới đại dương

(Dân trí) - Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà hóa học biển đã phải đối mặt với một nghịch lý khó giải thích: Nước mặt của các đại dương trên thế giới quá bão hòa khí nhà kính metan, nhưng hầu hết các loài vi khuẩn có thể sản sinh khí này, lại không thể sống sót trong các vùng nước mặt giàu oxy. Vậy metan bắt nguồn từ đâu?

Thứ năm, 24/11/2016 - 02:36

Phụ nữ vẫn luôn sống lâu hơn nam giới
Phụ nữ vẫn luôn sống lâu hơn nam giới

(Dân trí) - Nhìn dáng vóc lực lưỡng, tưởng như nam sống lâu hơn nữ, nhưng ngược lại, đàn ông vẫn không sống lâu bằng phụ nữ - và điều này cũng đúng đối với người anh em họ linh trưởng của con người, theo một nghiên cứu mới cho biết.

Thứ năm, 24/11/2016 - 09:10

Hệ thống dự báo chính xác rủi ro của các sản phẩm hóa học mới
Hệ thống dự báo chính xác rủi ro của các sản phẩm hóa học mới

(Dân trí) - Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học North Carolina đã đưa ra một phương thức cải tiến, có thể làm tăng 85% độ chính xác trong việc sàng lọc tác dụng độc hại của các sản phẩm hóa học mới, tiết kiệm hàng triệu đô la và thời gian nhiều năm bào chế thuốc mới và các sản phẩm khác trong khi vẫn cải thiện độ an toàn.

Thứ năm, 24/11/2016 - 07:07

Các nhà khoa học khám phá liệu pháp điều trị bệnh não mới
Các nhà khoa học khám phá liệu pháp điều trị bệnh não mới

(Dân trí) - Các nhà khoa học châu Âu đã hợp tác để tìm hiểu thêm về chẩn đoán và điều trị rối loạn tâm thần, một trong những thách thức lớn nhất trong y học hiện đại.

Thứ năm, 24/11/2016 - 06:58

Kỹ thuật mới chụp ảnh 3D cho pin mặt trời
Kỹ thuật mới chụp ảnh 3D cho pin mặt trời

(Dân trí) - Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm năng lượng Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tìm ra cách sử dụng kính hiển vi quang học để lập bản đồ pin mặt trời màng mỏng ở dạng 3D khi chúng hấp thụ photon.

Thứ năm, 24/11/2016 - 06:51

Táo bón có thể liên quan tới bệnh thận
Táo bón có thể liên quan tới bệnh thận

(Dân trí) - Nghiên cứu mới của Đại học Tennessee, Mỹ chỉ ra rằng táo bón bản thân nó không gây nguy hiểm nhưng có thể là dấu hiệu sức khoẻ thận kém. Các biến chứng của táo bón rất hiếm nhưng táo bón kéo dài có thể dẫn tới những rối loạn sức khoẻ nghiêm trọng.

Thứ tư, 23/11/2016 - 05:33

Tàu chiến công nghệ cao và đắt tiền nhất của Hải quân Hoa Kỳ bị hỏng lần thứ hai
Tàu chiến công nghệ cao và đắt tiền nhất của Hải quân Hoa Kỳ bị hỏng lần thứ hai

(Dân trí) - Chiếc tàu khu trục có chi phí đắt nhất và công nghệ cao nhất trong lịch sử hải quân Mỹ đã bị hỏng trong chuyến đi đầu tiên đến cảng của mình.

Thứ tư, 23/11/2016 - 04:51