נגמלים מהסוכר חיידק זולל CO2 – פיתוח ישראלי ממכון וייצמן

מה תגידו אם נספר לכם על דרך מהפכנית להילחם בפליטת הפחמן הדו-חמצני ובהתחממות הגלובלית? חוקרים ישראלים עשו בדיוק זאת והפכו חיידקי מעיים לחיידקים המעכלים פחמן מהאטמוספרה

שלושה סוגי חיידקים: חיידק רגיל הניזון מסוכר, חיידק חדש שפיתחו החוקרים וניזון מפחמן דו חמצני וחיידק עתידי, שיקבל אנרגיה ממקור מתחדש. מקור: Glazier et al, 2019, מכון וייצמן.

על אף המודעות הגוברת והולכת לשינויי האקלים, גזי החממה עדיין נפלטים לאוויר בכמויות גדולות. כולנו מכירים זאת מקרוב ונמדדים על ידי טביעת הרגל הפחמנית של המוצרים, הנחשבת כמדד עולמי מקובל לרמת הזיהום הסביבתי שכרוך בייצורם.

בשנים האחרונות פועלים מדענים כדי לרתום את יתרונות הביולוגיה לפתרון של כמה מאתגרים הסביבתיים המהותיים ביותר. אחד מאתגרים אלו הוא צמצום פליטת הפחמן הדו חמצני לאוויר. לאורך השנים היו ניסיונות רבים לסנטז צורות חיים שתוכל לעכל ולהמיר פחמן דו חמצני אטמוספרי או CO₂ למזון, דלק או כימיקלים אורגניים לשימושו של האדם. אולם ניסיונות אלו לא צלחו.

במחקר שפורסם בסוף נובמבר בכתב בעת Cell, דיווחה קבוצה ממכון וייצמן, בניהולו של פרופסור רון מילוא, על כך שהצליחה ליצור זן של חיידקי מעיים (E.coli) שעושה בדיוק זאת. החיידק שיצרו מסוגל לצרוך CO₂ כמזון ולהפכו לאנרגיה, זאת במקום תרכובות אורגניות כסוכרים ושומנים.

שיעור קצר בכימיה אורגנית

במובן הרחב ניתן לחלק את היצורים החיים לשני סוגים של אורגניזמים: אוטוטרופיים – היוצרים את מתוך חומרים לא אורגניים כמו אור השמש ופחמן דו חמצני את מזונם (כדוגמת צמחים) והטרוטרופיים – שניזונים מחומרים אורגניים כדוגמת צמחים ובעלי חיים על מנת לשרוד. קבוצה אחרונה זו מהווה את החלק הארי של המסה הביולוגית בכדור הארץ.

בעזרת שיטות סינטוז ביולוגיות, הצליחו המדענים להפוך זן של חיידקים, מסוג E.coli, מהטרוטרופי לאוטוטרופי. במילים אחרות: מזן שצריך לאכול מקורות אורגניים על מנת לשרוד, לזה שיכול לייצר מקורות אורגניים חדשים בעצמו מ-CO₂, לקבע חמצן, בדומה למה שצמחים מסוגלים לעשות. זני החיידקים החדשים ניזונים מ- CO₂ כאשר בניגוד לצמחים, הם משתמשים במקור אנרגיה אחר הנקרא פורמאט (Formate).

מניפולציות גנטיות נעשו בחיידקים תוך הוצאת גנים התומכים בצריכת סוכר והוספת גנים המסייעים בתהליך המטבולי של צריכת CO₂ ופורמאט כמקור אנרגיה. בנוסף, במהלך מספר חודשים, על ידי שינוי הדרגתי במצע המזון, הורגלו החיידקים להיות תלויה יותר ויותר ב-CO₂ ופורמאט מאשר בסוכרים. ועכשיו, נתנו לביולוגיה לעשות את שלה ולאחר חצי שנה של הסתגלות הדרגתית למצע המזון החדש, עברו החיידקים התפתחות אבולוציונית, ובעזרת מעט מוטציות גנטיות שגשגו בתנאים החדשים.

"המחקר החלוצי שלנו מתאר, לראשונה, טרנספורמציה של מצע הצמיחה של בקטריות. ללמד בקטריית מעיים לעשות את אותו ה'טריק' שצמחים עושים היה ירייה באפלה" אומר שמואל גלייזר, החוקר הראשי, "היה מפתיע לראות כמה מעט שינויים גנטיים נדרשו כדי לעשות זאת".

נלחמים בהתחממות הגלובלית

פוטנציאל התועלת כאן עצום ומאפשר מלחמה בהתחממות הגלובלית הנגרמת משחרור CO₂ לאוויר. בעתיד נוכל לדמיין תעשייה ירוקה, שאומנם מייצרת פחמן דו חמצני כתוצר לוואי של שימוש בדלקים למיניהם, אך מסוגלת בתהליך נוסף, לספוח אותו חזרה מהאטמוספירה.

למרות זאת, החוקרים אינם מתעלמים ממגבלת המחקר העיקרית: החיידק המהונדס פולט יותר CO₂ מאשר הכמות אותה הוא צורך. למרות זאת, מדובר בתגלית משמעותית המראה יכולת סינטוז חיידקים היכולים לעבד CO₂ ולצמצם את ריכוזו באטמוספירה. בעתיד מקווה צוות המחקר, להחליף את הפורמאט במקור אנרגיה מתחדש אנרגיה כדי להקטין את שחרור ה-CO₂.