محققان مخمر آبجو را با نیمه رسانا های برداشت نوری به منظور افزایش بهره وری شیمیایی آماده کرده اند.

بر اساس یک گزارش در مجله ی علمی ، مواد نانو ذرات از ایندیوم فسفات که یک ماده ی نیمه رسانا می باشد در روی سطوحی نصب شد تا مخمر ساکارومایسس سرویزیه بتواند در این سطوح از نور به عنوان سوخت برای مسیر های بیو سنتتیک استفاده کند. در پی اثبات طی چندین آزمایش، محققان تولید ترکیب شیمیایی اسید شیکیمیک که یک پیش ماده ی بسیار مهم برای ساخت و سنتز بسیاری از داروها و مواد شیمیایی مختلف است را اجرا کردند. آن ها قادر بودند تا جذب انرژی خورشیدی را به سوخت و ساز سلولی متصل کنند و از این طریق با کمک مهندسی هوشمند ژنتیکی متابولیسم سلول موفق به تولید مقادیر زیادی از ترکیب اسید شیکیمیک شوند. این را بیوشیمیست Paul King از محققان آزمایشگاه بین المللی انرژی های تجدید پذیر در کلرادو بیان کرده که البته او در آزمایش درگیر نبوده است. همچنین او اضافه کرد که در اینجا چیزهای بسیار بی نظیری وجود دارد. آن ها در رشته های مختلف جلو رفتند و به دنبال این بودند که پیشرفت بسیار بزرگ تری را ایجاد کنند.

پیشرفت در بیو تکنولوژی این امکان را برای میکروب ها به طور ویژه برای مخمر آبجو، ساکارومایسس سرویزیه ایجاد  کرد که بتوانند به طور گسترده ای برای تولید داروها و ترکیبات مختلف با قیمتی بسیار ارزان و مناسب و با کارایی بسیار بالا استفاده شوند. برخی از این ترکیبات هم اکنون به طور تجاری در حال تولید هستند و مورد استفاده ی ما قرار می گیرند.

اما یکی از تنگنا های رایج و متداول در مسیرهای بیو سنتتیک شامل تولید شیکیمیک اسید که در مخمر ها مهندسی ژنتیک شده است دسترسی به ترکیباتی است که در واکنش های آنابولیک ظاهر می شوند و طی آن مولکول ها و ترکیبات بزرگتر از مولکول های کوچک تر ساخته می شوند. این عمل به کمک ترکیب نوکلئوتید آدنین دی نوکلئوتید فسفات یا به عبارتی NADPH انجام می گیرد. همان طور که Neel Joshi مهندس شیمی و بیولوژیست در دانشگاه هاروارد که رهبر و هدایت کننده ی تحقیق بود توضیح می دهد، مولکول دهنده ی الکترون در یک واکنش بیوسنتتیک برای تشکیل یون هیدرید عمل می کند. برای یافتن دیگر منبع الکترون، گروه جوشی به تکنولوژی انرژی خورشیدی روی آوردند. ترکیبات نیمه رسانایی که در چنین سلول هایی استفاده می شوند در تولید الکترون ها در هنگام تابش نور به شدت کارآمد هستند و علاوه بر این سعی در استفاده از چنین موادی در زمینه های  تولید ترکیبات بیولوژیکی وجود دارد. طبق گزارش به دست آمده از Peidong Yang و همکارانش در سال ۲۰۱۶ در دانشگاه کالیفرنیا، برای مثال از استفاده از ترکیب نیمه رسانای کادمیم سولفید برای تغذیه ی باکتری ها با منبع انرژی اضافه برای سنتز استیک اسید استفاده شده است. طبق توضیح گروه جوشی آن ها ترجیح دادند که از ترکیب ایندیم فسفید به جای کادمیم سولفید به عنوان ترکیب نیمه رسانا استفاده کنند چرا که سمیت کمتری برای سلول ها دارد. محققان ذرات نانو را با پلی فنول پوشش دادند که به عنوان یک چسب عمل می کند تا نانو ذرات را به سطوح  سلول های ساکارومایسس سرویزیه متصل کند. خود مخمر به طور ژنتیکی برای تولید بیشتر شیکمیک اسید دستکاری شده بود اما با افزودن این ذرات نانو و نور سفید میزان محصول سه تا چهار برابر می شود. چنین دست آورد هایی بدون نور به دست نمی آیند، و با زمانی که نانوذرات به سلول ها متصل نیستند، این امر نشان می دهد که دهنده ی الکترون به واسطه ی نور صورت گرفته است که در نهایت منجر به افزایش تولید محصول می گردد. به گفته ی یانگ این اسید حاصل از شیکمیک اسید تولید شده توسط جوشی و همکارانش می تواند برای تولید رنج وسیعی از تولیدات شیمیایی مخمرها به کار رود. آن ها واقعا فقط شکل شیمیایی انرژی خورشید را به شکل NADPH افزایش می دهند و در نتیجه به یک خروجی خاص منتهی و محدود نمی شوند ( یعنی فقط تولید کننده ی یک ترکیب به خصوص نیستند ).

تولید یک ترکیب دیگر مانند بنزیلو کوئینولین که یک ترکیب پایه ای برای ساخت اکثر داروها مانند مورفین و کدئین می باشد، به وسیله ی مخمر های مهندسی ژنتیک شده فقط در فاز تحقیقاتی اجرا می شود و در دست تحقیق و بررسی می باشد. به گفته ی جوشی مراحل سنتز بیوشیمیایی کار به تعداد مولکول های NADPH های بسیار بیشتری نسبت به آن چه برای تولید شیکمیک اسید استفاده می شد، نیاز دارد. بنابراین به نظر می رسد دریافت NADPH از طریق این سیستم انرژی خورشیدی بسیار کارامدتر و مفیدتر باشد.

یانگ کسی که در انجام تحقیق حضور نداشته است در ایمیلی به دانشمندان اذعان داشت که ترکیب این مسیر های بیولوژیکی در ارگانیسم ها و کاربرد سطوح نانو ذرات با ترکیبات نیمه رسانا بسیار در تولید ترکیبات مختلف قدرت مند و کاربردی می باشد. این راه می تواند به طور کامل مسیر و نظر ما را نسبت به تولیدات شیمیایی و دارویی در صنعت تغییر دهد و در نتیجه می تواند منجر به رویکرد به تولیدات تجدید پذیر شود.

 

 

منبع: the-scientist
ترجمه شده در گروه مجله بیستک به قلم رویا رجایی