פוטוסינתזה יוצרת את המזון שאנו אוכלים ואת החמצן שאנו נושמים – האם היא תוכל לסייע גם באספקת דרישות האנרגיה העתידיות שלנו באמצעות יצירת מימן שבוער באופן נקי?
פוטוסינתזה יוצרת את המזון שאנו אוכלים ואת החמצן שאנו נושמים – האם היא תוכל לסייע גם באספקת דרישות האנרגיה העתידיות שלנו באמצעות יצירת מימן שבוער באופן נקי? חוקרים הבוחנים את האצה החד-תאית הירוקה המייצרת מימן ששמה Chlamydomonas reinhardtii, גילו מסלול תסיסה חדש בתוכה, כזה שלא היה ידוע בעבר ושיוכל לפתוח צוהר לאפשרויות חדשות להגברת ייצור מימן.
האצה, המאכלסת לרוב קרקעות, מייצרת באופן טבעי כמויות קטנות של מימן כאשר מונעים ממנה חמצן. בדומה לשמרים ולחיידקים אחרים, בתנאים אל-אווירניים אצה זו מייצרת לעצמה את האנרגיה הדרושה לה באמצעות תסיסה. במהלך התסיסה משתחרר מימן כתוצאה מפעילותו של אנזים הקרוי הידרוגנאז המופעל ע”י אלקטרונים שמקורם או בפרוק של תרכובות אורגניות או בביקוע של מים ע”י הפוטוסינתזה. באופן רגיל, רק חלק קטן מאלקטרונים אלו משמש לייצור מימן. אולם, מטרת מחקר עיקרית הינה פיתוח דרכים להגביר את הכמות הזו, מה שיוביל להגברת כמות המימן המתקבלת.
במחקר החדש, שפורסם ע”י Alexandra Dubini ועמיתיה בכתב-העת המדעי Journal of Biological Chemistry, חוקרים מהמחלקה לביולוגיית הצמח במכון קרנגי (Carnegie), מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת ומביה”ס למחצבים בקולוראדו בחנו תהליכים מטבוליים בזן מהונדס גנטית שלא הצליח לייצר לעצמו אנזים הידרוגנאז פעיל.
החוקרים ציפו כי מטבוליזם התא יפצה על כך ע”י הגברתם של מסלולים אחרים, כמו אלו המייצרים פורמאט ואתנול כתוצרים סופיים. בניגוד לכך, האצה הפעילה מסלול מטבולי שונה המוביל ליצירה של התרכובת סוקסינאט (succinate), שלא קושרה בעבר לאיזשהו תהליך תסיסה באצה זו. ראוי לציין כי סוקסינאט, כימיקל תעשייתי נפוץ ביותר המסונתז מנפט, כלול ברשימת תריסר הכימיקלים החשובים ביותר המתקבלים מביו-מסה של משרד האנרגיה בארה”ב.
“אנו בעצם לא ידענו כי מסלול מטבולי מסוים זה של תסיסה היה קיים באצה עד אשר יצרנו את הזן המהונדס,” אומר אחד מהחוקרים. “ממצאים אלו מרמזים כי ישנה גמישות מרובה בין המסלולים השונים שבהם אצות משתמשות בפחמן בתנאים לא-אווירניים. ע”י חסימת ושינוי חלק ממסלולים מטבוליים אלו, אלי נוכל להגדיל את התרומה של אלקטרונים לאנזים בתנאים אלו ולהגביר את רמות המימן המתקבל.”
החוקר מציין כי זה מאוד סביר מבחינה אבולוציונית שלאורגניזמים החיים בקרקע יהיה מגוון מסלולים מטבוליים לרשותם. רמות חמצן, זמינות חומרי-מזון, והרמות של מתכות ורעלים בקרקע יכולות להשתנות באופן קיצוני, הן בטווח הקצר והן בטווח הארוך. “בסביבה משתנה שכזו, אורגניזמים כאלו חייבים לפתח לעצמם מסלולים מטבוליים גמישים; מגוון התנאים שבפניהם הם נחשפים עשויים להעדיף מסלול אנרגטי אחד אל מול אחר, מה שיסייע לאורגניזם להתמודד טוב יותר, מבחינה אבולוציונית, עם תנאי המחייה שלו,” מסביר החוקר.
החוקרים הובילו מאמץ משותף לקבלת רצף גנומי מלא של האצה, מה שיאפשר להם לזהות גנים מפתח המקודדים את אותם החלבונים המעורבים הן בתסיסה והן בייצור מימן. החוקרים חשים כי ישנה חשיבות מיידית ליצירתם של זנים מהונדסים חדשים שיוכלו לעזור לנו בהבנת קבלתם של מסלולי תסיסה וייצור מימן. אחד מהחוקרים הראשיים מסביר: “המטרה העיקרית של מחקר זה הינה להשיג הבנה בסיסית לגביי מגוון האפשרויות לתהליכים מטבוליים המתרחשים באצה ומהם יחסי-הגומלין ביניהם; מאמצים אלו יובילו לפיתוחם של דרכים חדשניות ליצירתו של מימן מתחדש וביו-דלקים אחרים כמוהו, אשר יתרמו לכולנו מבחינה אנרגטית.”
“אלו זמנים מרגשים באמת בתחום זה,” אומר אחד החוקרים. “הכלים שפותחו במכון קרנגי וע”י קבוצות אחרות בתחום מציגים הזדמנויות חסרות-תקדים עבור מדענים בחפשם אחר התקדמויות חשובות בהבנתנו את הביולוגיה הבסיסית של אורגניזמים כגון האצה הנ”ל.”
כמקור אנרגיה חלופי אפשרי לדלקים שמקורם במאובנים (נפט בעיקר) השימוש במימן יפחית באופן ניכר את רמות הפליטה של גזי החממה. אלו התומכים בייצור מימן המבוסס על אצות מציינים כי, בניגוד לאתנול המיוצר מגידולים חקלאיים, שיטה זו לא תתחרה בייצור מזון משטחים חקלאיים.
