Rolnictwo bez roślin. Z dwutlenku węgla udało się wyprodukować skrobię
To może zapoczątkować przewrót nie tylko w rolnictwie. Badacze w wyjątkowo wydajny energetycznie sposób wyprodukowali skrobię wykorzystując w tym procesie dwutlenek węgla i wodór. I zrobili to bez użycia żywych komórek.
Efektywne wykorzystanie energii, ograniczenie emisji dwutlenku węgla, redukcja terenów uprawnych w taki sposób, by mogły tam być lasy, ale przede wszystkim zapewnienie wyżywienia dla ludzi. To wszystko ma gwarantować wynalazek naukowców z instytutu badawczego Chińskiej Akademii Nauk. Magazyn "Science" donosi, że po sześciu latach badań udało się stworzyć hybrydową metodę chemiczno-biochemiczną - syntezę skrobi z dwutlenku węgla i wodoru - niewymagającą udziału komórek roślinnych. Nazwano ją ASAP (artificial starch anabolic pathway).
Dlaczego tak bardzo potrzebujemy skrobi?
Podczas procesu fotosyntezy z dwutlenku węgla i wody rośliny wytwarzają glukozę. Część glukozy jest magazynowana w formie nierozpuszczalnego wielocukru - skrobi - w owocach, nasionach, kłączach i bulwach, w których komórkach odkłada się w postaci drobnych ziaren.
Skrobia, którą pozyskuje się między innymi z ziemniaków, manioku i kukurydzy, jest głównym źródłem energii w diecie człowieka i ważnym surowcem dla przemysłu spożywczego, papierniczego oraz farmaceutycznego. W mniejszym stopniu znajduje zastosowanie także w przemyśle włókienniczym, kosmetycznym, tekstylnym oraz do produkcji klejów (dlatego w oblężonym Leningradzie klej do tapet stał się poszukiwanym artykułem spożywczym).
Aby dokonać syntezy skrobi i magazynować ją, rośliny potrzebują ponad 60 reakcji metabolicznych, których kontrolowanie nie jest proste. Teoretyczna wydajność przekształcania energii promieni słonecznych w energię zawartą w skrobi to zaledwie 2 proc. Tymczasem niedobór żywności i zmiana klimatu związana z masowym wykorzystaniem energii paliw kopalnych są jednymi z głównych wyzwań stojących przed ludźmi.
Proces, jak warzenie piwa
Na wymyśloną przez chińskich naukowców metodę ASAP składa się 11 podstawowych reakcji. Badaczom udało się zoptymalizować "wąskie gardła" syntezy dzięki zastępowaniu i modyfikacji enzymów. W rezultacie reakcja przekształcania CO2 w skrobię w systemie chemoenzymatycznym z segregacją przestrzenną i czasową zachodzi z szybkością 22 nanomoli CO2 na minutę na miligram całkowitego katalizatora, czyli 8,5 raza szybciej niż w przypadku "prawdziwej" kukurydzy. Przy odpowiednim dopływie energii roczna produkcja skrobi z 1 m sześcienny bioreaktora byłaby równoważna rocznej produkcji skrobi z jednej trzeciej hektara uprawy kukurydzy w Chinach.
Dwutlenek węgla jest redukowany do metanolu przez katalizator nieorganiczny, a następnie przekształcany przez enzymy najpierw do cząsteczek cukrów prostych, a następnie do polimerycznej skrobi. Ten sztuczny szlak anaboliczny opiera się na zmodyfikowanych rekombinowanych enzymach z wielu różnych organizmów źródłowych i może być dostrojony do wytwarzania amylozy lub amylopektyny. Są to dwie główne odmiany skrobi, naturalna skrobia jest ich mieszaniną w proporcji zależnej od pochodzenia.
Autorzy są przekonani, że ich odkrycie będzie miało rewolucyjny wpływ na przyszłą produkcję rolną i bioprodukcję. Jeden z naukowców porównał proces do wytwarzania piwa, a prof. Cai Tao, główny autor artykułu zaznaczył, że jeśli przyszły koszt syntezy stanie się opłacalny w porównaniu z rolnictwem, można będzie zaoszczędzić ponad 90 proc. gruntów ornych, ogromne ilości wody oraz uniknąć negatywnego wpływu pestycydów i nawozów chemicznych na środowisko.
