Учёные Института Вейцмана в Израиле усовершенствовали бактерию Escherichia coli, также известную как кишечная палочка, научив её питаться углекислым газом для производства биотоплива.

Escherichia coli – предмет множества исследовательских работ. Учёные предпринимали немало попыток использовать бактерию для изготовления биологически безопасного топлива будущего, однако прежде кишечную палочку приходилось кормить органическими веществами – например, сахаром. Группа исследователей из израильского Института Вейцмана научила бактерию потреблять углекислый газ в качестве источника энергии для поддержания процессов жизнедеятельности. При этом кишечная палочка производит биомассу, которую можно использовать как биотопливо.

Кишечная палочка – широко распространённый обитатель кишечника теплокровных животных. Большинство её штаммов являются совершенно безвредными. Более того, нередко они приносят пользу организму носителя, например, синтезируют витамин K или предотвращают появление патогенных микроорганизмов. Совершенно не удивительно, что многообразие и универсальность Escherichia coli привлекло внимание учёных. В ходе исследования кишечной палочки они заметили, что некоторые штаммы способны выживать за пределами организма «хозяина», а также могут быть выращены в лабораторных условиях. Из-за этой особенности бактерию стали использовать во многочисленных генетических исследованиях, а затем и в микробиологической и биологической инженерии.

В рамках недавнего исследования учёные Института Вейцмана изменили бактерию и её геном, добавив гены, ответственные за производство ферментов для переработки углекислого газа, и удалив те, которые используются для усвоения сахара. Таким образом команда исследователей сумела изменить ключевой источник питания кишечной палочки, необходимый для её выживания. Для проверки усовершенствованной бактерии специалисты оставили её в лаборатории без сахара на 200 дней. По окончании этого срока они с удивлением обнаружили, что бактерия успешно адаптировалась к новому источнику пропитания и прекрасно размножается, совершенно не нуждаясь в сахаре. Ведущий специалист и главный научный сотрудник проекта Рон Мило рассказал, что его команда не ожидала, что кишечная палочка настолько успешно отреагирует на изменения в геноме.

На данном этапе исследования учёным ещё предстоит «отшлифовать» бактерию. Прежде всего им необходимо отрегулировать уровни выделяемого углекислого газа: пока что модифицированная кишечная палочка производит больше CO₂, чем потребляет. Тем не менее, уже имеющийся успех открывает новые перспективы в применении бактерии в биоинженерии. В 1973 году Escherichia coli стала первым живым генетически модифицированным организмом: в её геном встроили ген, который отвечает за синтез инсулина. При промышленном производстве аналога человеческого гормона кишечная палочка работает вместе с дрожжами: оба компонента питаются органическими веществами, а точнее сахаром. Учёные утверждают, что их усовершенствованная бактерия сможет производить инсулин без помощи дрожжей и при этом потреблять углекислый газ, являющийся побочным продуктом сталелитейной и цементной промышленности. Тем самым она удовлетворит потребность больных в инсулине и поможет бороться со стремительным ростом выбросов углекислого газа. Кроме того, такая технология производства обещает сделать инсулин более дешёвым.

Специалисты уверены, что управляемая эволюция бактерии открывает новые перспективы в науке и медицине. Геном Escherichia coli настолько хорошо поддаётся модификациям, что учёные из Университета Майями смогли научить бактерию производить псилоцибин – «волшебную субстанцию», которая обычно содержится в некоторых галлюциногенных видах грибов. Недавно исследователи доказали, что это психоактивное вещество эффективно не только для развлекательных или религиозно-мистических целей, но и для лечения различных психических расстройств. В частности, псилоцибин показал неплохие результаты в лечении тяжёлых случаев депрессии, алкогольных и наркотических зависимостей, предсуицидальных состояний и т. п.

Ключевой особенностью данного вещества является его нормализующее действие на психику, а также нулевой уровень токсичности. Кроме того, оно практически не вызывает зависимости. Если использование псилоцибина когда-либо будет одобрено для терапии острых психических состояний, учёным пригодится эффективный метод синтезирования вещества при помощи модифицированной Escherichia coli, который избавит их от необходимости выращивать галлюциногенные грибы в промышленных масштабах. Исследователи из Университета Майями сумели добиться 500-кратного прироста в производстве псилоцибина в лабораторных условиях всего через 18 месяцев после создания соответствующего штамма бактерии.