27 июня 2022
Выращивать дрожжи на фотосинтезированном уксусе во много раз выгоднее, чем на сахаре.
Известно, что эффективность фотосинтеза у обычных растений составляет около 1–2%. Это значит, что для синтеза органических веществ они используют только очень и очень небольшую долю солнечного света. У некоторых растений, правда, эффективность фотосинтеза может доходить до 4% (поскольку сам фотосинтез протекает у них несколько иначе), но в любом случае, это весьма немного. То есть самим растениям, конечно, такого фотосинтеза хватает, но если говорить о сельскохозяйственных культурах, от которых мы ждём повышенной продуктивности, то тут исследователи неустанно думают, как бы повысить эффективность фотосинтеза.
Клетки дрожжей, окрашенные флуоресцентными красителями. (Фото: eLife — the journal / Flickr.com)
Здесь есть разные подходы: например, можно оптимизировать молекулярно-клеточный механизм, защищающий растения от опасного избытка солнечной энергии, или же можно улучшить работу главного фермента фотосинтеза, который присоединяет молекулу углекислого газа к органической молекуле. А можно поступить так, как сделали сотрудники Калифорнийского университета в Риверсайде — сделать фотосинтез полностью искусственным, а ту органику, которая будет образовываться в ходе искусственного фотосинтеза, отдавать на переработку грибам, водорослям и растениям.
В целом такой фотосинтез, описанный в Nature Food, почти не отличается от природного: из воды и углекислого газа с помощью энергии света получается органическое вещество и кислород. Но в деталях, конечно, всё по-другому: солнечный свет даёт электричество для двухфазной электролитической реакции. На первом этапе углекислый газ СО2 с помощью электричества и серебряного катализатора превращается в угарный газ СО; на втором этапе угарный газ с помощью электричества и медного катализатора превращается в уксусную кислоту. Сама по себе идея превращать углекислый газ электрохимическими реакциями в уксусную кислоту не нова, но до сих пор такие превращения удавались с эффективностью менее 1%, то есть только меньше 1% углекислого газа превращалось именно в уксус, остальной же СО2 или ни во что не превращался, или оказывался в побочных продуктах. Новый двухэтапный метод, снабжённый всевозможными химико-технологическими ухищрениями, позволяет перегнать в уксусную кислоту целых 25% углекислого газа.
Далее уксусную кислоту можно в прямом смысле скормить дрожжам, или обычным грибам с ножками и шляпками, или одноклеточным водорослям, или даже растениям. Если говорить о дрожжах, то их обычно выращивают на сахаре или на каких-нибудь питательных веществах, получаемых из нефтепродуктов. Кормить их уксусом от искусственного фотосинтеза будет выгоднее: если сравнить энергетические затраты и прирост полезной органики, то дрожжи на фотосинтезированном уксусе дадут прирост в 18 раз больший, чем дрожжи на сахаре. Стоит подчеркнуть, что речь идёт не о любой уксусной кислоте, а о той, которая получена именно таким образом — двухфазным искусственным фотосинтезом.
Более того, на уксусной кислоте можно выращивать рапс, томаты, табак, рис и другие растения. Только расти они должны в темноте: когда растение не может само фотосинтезировать, оно ищет готовые органические молекулы, которые можно поглотить и использовать для постройки собственной органики. Естественно, уксусная кислота должна быть в таких концентрациях, чтобы не отравить растительные корни. Правда, не факт, что таким способом растения будут давать больший урожай. Но сейчас ведь довольно легко получать модифицированные сорта, и, вероятно, не будет большой проблемой создать модификацию риса, которая чрезвычайно любит уксусную кислоту и очень хорошо на ней растёт. Правда, все эти предположения надо проверять в экспериментах. В любом случае, искусственным фотосинтезом можно кормить дрожжи, которые мы используем повсеместно, от пищевой промышленности до биотехнологий.
Автор: Кирилл Стасевич
