Мюнхенские исследователи разработали способ получения аминокислот из CO₂ и водорода с использованием солнечной энергии.

Как работает ферментная система

Процесс протекает в несколько этапов. Сначала возобновляемая электроэнергия производит водород посредством электролиза. Этот водород соединяется с углекислым газом, образуя метанол. Затем специализированные ферменты пропускают метанол через ряд реакций, пока он не превратится в аминокислоты — основные строительные блоки белков.

Команда описывает эту конструкцию как «подключи и работай». Ферментные модули можно заменять или корректировать в зависимости от целевого соединения. Последняя версия производит семь аминокислот. Ранее этот метод был продемонстрирован только для L-аланина. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, добавлены глицин, серин, L-аспарагиновая кислота, L-валин, L-глутаминовая кислота и L-пролин.

Виктория Леманн, докторант кафедры химии биогенных ресурсов Технического университета Мюнхена, заявила, что аминокислоты широко используются в кормах для животных для восполнения потребности в белке, особенно в молочном производстве. Она отметила, что существующие методы производства потребляют слишком много ресурсов.

Команда Технического университета Мюнхена рассматривает это исследование в контексте актуальной сельскохозяйственной проблемы. По прогнозам Организации Объединенных Наций, к 2050 году глобальный спрос на продовольствие может вырасти примерно на 60 процентов. Ожидается, что доступные сельскохозяйственные земли за тот же период увеличатся лишь незначительно.

Контекст продовольственной безопасности

Этот пробел стимулирует интерес к цепочкам поставок белка, которые в меньшей степени зависят от земли, воды и энергоемких сельскохозяйственных культур. Традиционное производство аминокислот потребляет значительные объемы каждого из этих ресурсов. Использование солнечной энергии и CO₂ позволило бы снизить зависимость от этих ресурсов, по крайней мере, в принципе.

Фолькер Зибер, профессор химии биогенных ресурсов и ректор кампуса Штраубинг Технического университета Мюнхена, заявил, что проект направляет солнечный свет в химические энергоносители, а затем преобразует их в полезные строительные блоки белков. Он отметил, что такой подход со временем может повысить продуктивность имеющихся земель и способствовать более устойчивому производству аминокислот.

Эти утверждения еще предстоит проверить в масштабах. Исследователи признают, что текущий уровень производительности слишком низок для коммерческого внедрения.

Команда Технического университета Мюнхена (TUM) выявляет возможности применения технологии не только в кормах для скота. Семь аминокислот, которые в настоящее время производит система, также являются ключевыми ингредиентами питательных сред для выращивания культивированного мяса. Это применение связывает технологию с отдельным, но связанным проектом по сокращению площади земель, используемых для производства белка.

Потенциальные области применения за пределами кормов для животных

Исследователи полагают, что та же платформа в конечном итоге сможет поддерживать и другие цепочки создания стоимости, основанные на CO₂, хотя в опубликованных материалах они не уточняют, какие именно.

Первоочередной технической задачей является повышение эффективности ферментов. Основным ограничивающим фактором остается выход продукта. Разрыв между лабораторными демонстрациями и промышленным процессом значителен, и команда откровенно об этом говорит.

Что показывают и чего не показывают исследования

Это демонстрация синтетической биологии. Она показывает, что химический путь жизнеспособен. Она не показывает, что этот процесс может производить аминокислоты в конкурентоспособных по стоимости объемах.

Основной проверенный источник информации — статья в журнале Nature Communications. Технический университет Мюнхена (TUM) пока не объявил о коммерческом партнере или пилотном проекте. Сроки масштабирования производства не опубликованы.

Для инвесторов и политиков, следящих за рынком альтернативных белков, это исследование заслуживает внимания по одной конкретной причине. Оно объединяет три отдельные технологические области — возобновляемую энергию, прямое использование углерода из воздуха и биохимию, близкую к точной ферментации, — в единую производственную последовательность. Каждая из этих областей уже привлекает значительный капитал. Система, интегрирующая все три, при существенном улучшении показателей урожайности, может изменить экономику поставок аминокислот для производителей кормов и продуктов питания.

Сами исследователи сдержанны в своих утверждениях. Работа указывает на менее зависимый от земли метод производства сырья, от которого зависят современные системы производства продуктов питания. Будет ли когда-нибудь существовать промышленная версия этого процесса, будет зависеть от достижений в области ферментной инженерии, которые будут опережать современную науку.