Biyoteknolojide, Siyanobakterilerin ‘Yeşil’ Katalizör Olduğu Keşfedildi

Biyoteknolojide, Siyanobakterilerin 'Yeşil' Katalizör Olduğu Keşfedildi

Fotoğraf 1 : Siyanobakteriler, yeni kimyasalların üretimi için çevre dostu ve kolayca bulunabilen biyokatalizörlerdir ve Graz Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar sayesinde yakında büyük ölçekli teknolojik uygulamalarda kullanılabilir.

Graz Teknoloji Üniversitesi ve Bochum Ruhr Üniversitesi’nden araştırmacılar, ACS Catalysis Dergi’sinde mavi-yeşil algler olarak da bilinen siyanobakterilerin katalitik aktivitesinin nasıl önemli ölçüde artırılabileceğini gösteriyor. Bu, biyoteknolojik ve dolayısıyla çevre dostu uygulamayı büyük bir adım daha yaklaştırır.

Siyanobakteriler, özel pigmentleri aracılığıyla suyu yeşile boyamalarına rağmen, halk arasında “mavi-yeşil algler” olarak bilinirler ve oldukça aktif fotosentetik hücreleri sayesinde ışık enerjisini etkili bir şekilde kimyasal enerjiye dönüştürürler. Bu, onları özel olarak tanıtılan enzimler kullanılarak yeni kimyasalların üretimi için çevre dostu ve kolayca bulunabilen biyokatalizörler olarak kullanılabilecekleri biyoteknolojik uygulama için çekici kılar.

Sınırlı Işık Kullanmak

Teoride kulağa hoş geliyor, fakat pratikte büyük ölçekli teknolojik uygulamada hala engellerle karşılaşmaktadır. Graz Teknoloji Üniversitesi Moleküler Biyoteknoloji Enstitüsü’nden Robert Kourist’in açıkladığı gibi, belirli bir sınırlayıcı faktör şu anda ışığın mevcudiyetidir: “Siyanobakteriler yoğun bir şekilde büyüdüğünde, yani yüksek konsantrasyonlarda, sadece dışarıda bulunan hücreler yeterli ışığı alır. İçerisi oldukça karanlıktır. Bu, katalizör miktarının isteğe göre arttırılamayacağı anlamına gelir. Litre başına birkaç gram hücre yoğunluğundan sonra, fotosentetik aktivite ve dolayısıyla hücrelerin üretkenliği keskin bir şekilde azalır. Bu, elbette büyük ölçekli biyoteknolojik üretim için önemli bir dezavantajdır. Karşılaştırıldığında, maya gibi önceden belirlenmiş biyokatalizörler, litre başına 50 gram ve daha fazla hücre yoğunluğu ile kullanılabilir. Yerleşik üretim organizmaları, büyümenin temeli olarak tarım ürünlerine bağımlı olmaları ve dolayısıyla birçok kaynağı tüketmeleri gibi büyük bir dezavantaja sahiptir. Yosun bazlı katalizörler sudan ve CO2’den üretilebilir, bu nedenle iki kat anlamında ‘yeşildir’. Bu nedenle, siyanobakterilerin katalitik performansını artırmak için yoğun çaba sarf edilmektedir” dedi

Biyoteknolojide, Siyanobakterilerin 'Yeşil' Katalizör Olduğu Keşfedildi

Fotoğraf 2 : Robert Kourist ve doktora öğrencisi Hanna Büchsenschütz, siyanobakteriler için bir yetiştirme sistemi ile birlikte.

Mevcut  Işığı Daha Iyi Kullanabilmek

Bochum Ruhr Üniversitesi ve Fin Turku Üniversitesi ile birlikte Graz Teknoloji Üniversitesi’ndeki yosun çalışma grubu, fotosentetik elektron akışını istenen katalitik işleve özel olarak yeniden yönlendirerek bu katalitik performansı tam olarak artırmayı başardı. Bochum Ruhr Üniversitesi, Bitki Biyokimyası Başkanı Marc Nowaczyk, “İlk kez, fotosentetik enerjinin doğrudan hücrelerde beslenmesini zamana bağlı bir şekilde ölçebildik, böylece metabolizmadaki darboğazları belirleyebildik” diye açıklıyor. Graz Teknoloji Üniversitesi’ndeki doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Hanna Büchsenschütz, “Hücreyi dalgalanan ışıktan koruması beklenen siyanobakteriyumun genomundaki bir sistemi kapattık. Bu sistem kontrollü yetiştirme koşulları altında gerekli değildir, ancak fotosentetik enerji tüketir. Hedef reaksiyona koymayı tercih ettiğimiz enerji” diyor. Bu şekilde, yüksek hücre yoğunlukları nedeniyle siyanobakterilerin düşük üretkenliği sorunu çözülebilir. Kourist, “Başka bir deyişle, yalnızca belirli miktarda hücre kullanabiliriz. Bu yüzden hücreleri daha hızlı yapmalıyız. Siyanobakterileri biyoteknolojik uygulama için çok daha olgun hale getiren metabolik mühendisliği kullanarak bir yöntem geliştirdik “dedi.

Gen seviyesinde hedeflenen müdahaleler yoluyla hücrenin üretkenliğini artırmanın yanı sıra, Graz araştırmacıları ayrıca yosun yetiştirme süreci için yeni konseptler üzerinde çalışıyorlar. Bir yaklaşım, ışık kaynaklarını örneğin, mini LED’ler aracılığıyla doğrudan hücre süspansiyonuna sokmaktır. Yeni geometriler de deneniyor. Bu nedenle, “boncuklar” olarak adlandırılan, kapsüllenmiş küçük küreler şeklindeki siyanobakteriler, toplamda daha fazla ışığı emebilir. Robert Kourist şu yorumu yapıyor: “Yosun bazlı biyokatalizörlerin büyük ölçekli endüstriyel uygulamasına giden yolda tüm önlemleri entegre bir şekilde geliştirmek çok önemli. Bu, ancak bir enzimin işlevine fotosentetik hücredeki mühendisliğe baktığımız gibi bakan disiplinler arası araştırmalarla mümkündür. ”

Kaynak: phys.org

Okumanızı Öneriyoruz

Ayçiçek Yağı Kutuplarda Korozyonu Önlemeye Yardımcı Oluyor

Rusya’da Kazan Federal Üniversitesi (KFU) araştırmacıları tarafından yapılan yeni bir çalışmaya göre, ayçiçek yağı kutuplardaki …