חוקרים באוניברסיטה הטכנית של מינכן בנו מערכת המופעלת על ידי אנרגיה סולארית שהופכת פחמן דו-חמצני ומימן מתחדש לחומצות אמינו. התהליך הוא מודולרי, מבוסס אנזימים, ונמצא כעת בשלב הוכחת היתכנות. עדיין אין לו יישום מסחרי. מה שהוא כן מראה הוא שחשמל מתחדש, לכידת פחמן וייצור ביוכימי יכולים לפעול כשרשרת אחת.
כיצד פועלת מערכת האנזימים
התהליך מתנהל בשלבים. חשמל מתחדש מייצר תחילה מימן באמצעות אלקטרוליזה. מימן זה מתאחד עם פחמן דו-חמצני ליצירת מתנול. אנזימים מיוחדים מעבירים את המתנול דרך סדרה של תגובות עד שהוא הופך לחומצות אמינו, אבני הבניין הבסיסיות של חלבונים.
הצוות מתאר את העיצוב כ"חבר והפעל". ניתן להחליף או להתאים מודולים של אנזימים בהתאם לתרכובת המטרה. הגרסה האחרונה מייצרת שבע חומצות אמינו. עבודה קודמת הדגימה את השיטה עבור L-אלנין בלבד. המחקר החדש, שפורסם ב-Nature Communications, מוסיף גליצין, סרין, חומצה אספרטית L, L-וואלין, חומצה גלוטמית L-פרולין.
ויקטוריה להמן, חוקרת דוקטורנטית בקתדרה לכימיה של משאבים ביוגניים באוניברסיטת טומבלנד, אמרה שחומצות אמינו נמצאות בשימוש נרחב במזון לבעלי חיים כדי להשלים את דרישות החלבון, במיוחד בייצור מוצרי חלב. היא אמרה ששיטות הייצור הקיימות צורכות יותר מדי משאבים.
צוות TUM ממקם את המחקר על רקע בעיה חקלאית דחופה. תחזיות האו"ם מצביעות על כך שהביקוש העולמי למזון עשוי לעלות בכ-60 אחוז עד 2050. צפוי כי מספר הקרקעות החקלאיות הזמינות יגדל רק באופן שולי באותה תקופה.
ההקשר של ביטחון תזונתי
פער זה מניע עניין בשרשראות אספקת חלבונים שתלויות פחות בקרקע, מים וגידולים עתירי אנרגיה. ייצור חומצות אמינו קונבנציונליות צורך כמויות משמעותיות מכל אחת מהן. ייצור מבוסס CO₂ המונע על ידי השמש יפחית את התלות בתשומות אלו, לפחות באופן עקרוני.
וולקר זיבר, פרופסור לכימיה של משאבים ביוגניים ורקטור בקמפוס שטראובינג של TUM, אמר כי הפרויקט מנתב את אור השמש לנשאי אנרגיה כימיים לפני שהוא הופך אותם לאבני בניין שימושיות לחלבון. הוא אמר שהגישה יכולה, עם הזמן, לשפר את הפרודוקטיביות של הקרקע הזמינה ולתמוך בייצור בר-קיימא יותר של חומצות אמינו.
טענות אלה נותרו לבחינה בקנה מידה גדול. החוקרים מודים כי התפוקה הנוכחית נמוכה מדי עבור כל פריסה מסחרית.
צוות TUM מזהה שימושים מעבר לתזונת בעלי חיים. שבע חומצות האמינו שהמערכת מייצרת כיום הן גם מרכיבים מרכזיים במצעי הזנה לייצור בשר מתורבת. יישום זה מחבר את הטכנולוגיה למאמץ נפרד אך קשור להפחתת טביעת הרגל הקרקעית של אספקת חלבון.
יישומים פוטנציאליים מעבר למזון לבעלי חיים
החוקרים מאמינים שאותה פלטפורמה תוכל בסופו של דבר לתמוך בשרשראות ערך אחרות מבוססות CO₂, אם כי הם אינם מציינים אילו בחומרים שפורסמו.
העדיפות הטכנית המיידית היא שיפור ביצועי האנזימים. התפוקה נותרה מגבלה של הקישור. הפער בין הדגמה במעבדה לתהליך תעשייתי הוא משמעותי, והצוות גלוי לגבי מרחק זה.
מה המחקר מראה ומה לא מראה
זוהי הדגמה של ביולוגיה סינתטית. היא מראה שהמסלול הכימי בר-קיימא. היא לא מראה שהתהליך יכול לייצר חומצות אמינו בנפחים תחרותיים מבחינת עלות.
המאמר של Nature Communications הוא המקור המאומת העיקרי. TUM לא הכריזה על שותף מסחרי או מפעל פיילוט. לא פורסם לוח זמנים להרחבת הפרויקט.
עבור משקיעים וקובעי מדיניות העוקבים אחר תחום החלבונים האלטרנטיביים, המחקר ראוי לציון מסיבה ספציפית אחת. הוא מקשר שלושה תחומי טכנולוגיה נפרדים, אנרגיה מתחדשת, שימוש ישיר בפליטת פחמן לאוויר וביוכימיה מדויקת של תסיסה, לרצף ייצור אחד. כל אחד מהתחומים הללו כבר מושך הון משמעותי. מערכת המשלבת את שלושתם עשויה, אם התפוקות ישתפרו באופן משמעותי, לשנות את הכלכלה של אספקת חומצות אמינו עבור יצרני מזון ומזון.
החוקרים עצמם שקולים בטענותיהם. העבודה מצביעה על שיטה פחות תלויה בקרקע לייצור חומרי גלם שעליהם תלויות מערכות מזון מודרניות. האם אי פעם תתקיים גרסה תעשייתית של תהליך זה תלויה בהתקדמות בהנדסת האנזימים שתמשיך להקדים את המדע הנוכחי.
