Искусственный фотосинтез против голода и парниковых газов

В XXI веке голод остается актуальной проблемой. По данным ВОЗ, еды не хватает более чем 820 млн человек. Накормить всех ученые предлагают с помощью синтетического фотосинтеза. Он же позволит убить и «второго зайца» — глобальное потепление, из-за которого разрушается озоновый слой. И этот вопрос уже касается всех, даже сытых. 

Землян больше восьми миллиардов, и обеспечить всех продовольствием — глобальная задача. Один из путей ее решения — производство кормов для домашних сельскохозяйственных животных. В этом направлении работают немецкие исследователи из Technische Universität München. Они придумали новый подход к производству аминокислоты L-аланина, входящей в состав важных для жизни и пригодных для пищи белков. Главным нововведением в этом процессе стал искусственный фотосинтез. 

Фотосинтез — процесс, при котором растения превращают углекислый газ и воду в углеводы и некоторые другие соединения. Для этого они используют энергию солнца, а побочным продуктом реакций является кислород. Благодаря фотосинтезу растения получают питание и  поддерживают пригодный для жизни человека состав атмосферы. 

Скорость этого процесса зависит от климата, интенсивности и продолжительности солнечного света, площади листьев, наличия питательных веществ в почве, температуры, концентрации углекислого газа и влажности почвы.

Схема фотосинтеза, знакомая нам со школы Инфографика © Д.Ильин / CC0

Исследователи, по сути, модернизировали знакомый всем со школы фотосинтез. В природе углекислый газ из атмосферы превращается в метанол при помощи энергии солнца и атомов водорода из молекул воды. В эксперименте метанол как промежуточный продукт превращался в L-аланиин в многостадийном процессе с использованием синтетических ферментов. Количество получаемой при этом аминокислоты оказалось очень высоким. Выше, чем у растения, используемого в качестве кормовой культуры для животных.

Помимо повышения урожайности сельскохозяйственных культур, удастся экономичнее использовать пространство, где они растут. Поле, где применят искусственный фотосинтез, прокормит больше животных, чем такое же по размеру, но без него. 

Табачок врозь

При помощи методов генной инженерии группе ученых из Huazhong Agricultural University удалось обойти ограничения ферментной системы фотосинтеза растений, а если точнее — фермента Rubisco. Для этого исследователи внедрили в геном табака последовательности из бактериальной ДНК. Полученные таким образом генно-модифицированные растения отлично справлялись с фотосинтезом в условиях повышенной концентрации углекислого газа. Дальнейшие исследования в этой области могут проложить путь к повышению продуктивности сельскохозяйственных культур.

Генно-модифицированный табак прекрасно чувствовал себя в атмосфере с повышенной концентрацией углекислого газа даже через 189 дней после прорастания (слева обычный табак) Фото: © Engineering α-carboxysomes into plant chloroplasts to support autotrophic photosynthesis / Springer Nature Limited

Новая технология дает и меньший «углеродный след». Трансформация CO2 в метанол может стать прорывом не только в производстве корма для животных, но и в борьбе с глобальным потеплением. 

Оцените статью
Поделись знанием

Рекомендуем

1
Сельское хозяйство в XXI веке: как технологии меняют отрасль #технологии #наука 09 октября 2022 15:50
2
Глобальное потепление ставит рекорды, нагревая Землю все сильнее #парниковые газы #потепление 24 января 2023 11:24
3
Дикие животные могут решить проблему глобального потепления #экология #животные #парниковые газы 31 марта 2023 16:13