Các nhà khoa học tạo ra một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống

Các nhà khoa học tạo ra một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống
Theo: zknight Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Nó được hi vọng sẽ trở thành một giải pháp cho vấn đề biến đổi khí hậu hiện nay.

Khi những con vi khuẩn ăn kiêng, chúng sẽ ăn gì? Một nhóm các nhà khoa học người Đức đã phát triển thành công một chủng vi khuẩn Escherichia coli ăn khí CO2 thay vì đường hoặc các phân tử hữu cơ.

Nghiên cứu này là một cột mốc quan trọng, bởi nó đã làm thay đổi vô số cơ chế sinh học bên trong E.coli, một trong những loài vi khuẩn phổ biến nhất trên Trái Đất và thường được con người sử dụng trong hoạt động thí nghiệm.

Các nhà khoa học cho biết, những con E. coli ăn CO2 của mình có thể được sử dụng để tạo ra các phân tử carbon hữu cơ. Những phân tử carbon hữu cơ này - khi được sử dụng làm nhiên liệu sinh học hoặc sản xuất thực phẩm - sẽ thải ra môi trường một lượng khí thải thấp hơn so với các phương pháp sản xuất truyền thống.

Và bởi vì bản thân những con vi khuẩn cũng có khả năng loại bỏ khí CO2 khỏi khí quyển, nó được hi vọng sẽ trở thành một giải pháp cho vấn đề biến đổi khí hậu hiện nay.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Cell.

Các nhà khoa học tạo ra một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống - Ảnh 1.

Các nhà khoa học chế tạo thành công một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống

Những con vi khuẩn ăn CO2 đầu tiên trên thế giới

Trước đây, chúng ta đã biết về những con vi khuẩn lam thủy sinh có khả năng quang hợp như thực vật, chúng dùng năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời để biến đổi CO2 thu được thành các khối carbon hỗ trợ sự sống, bao gồm DNA, protein và chất béo.

Nhưng nhược điểm của những con vi khuẩn lam là chúng rất khó có thể được chỉnh sửa. Các nhà khoa học gặp rất nhiều khó khăn trong việc thao tác vào bộ gen hay các cơ chế sinh học của chúng. 

Vi khuẩn lam vì vậy không thể trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho những nhà máy sinh học, giúp chúng ta xử lý khí thải nhà kính.

Ngược lại, E. coli là một loài vi khuẩn tương đối dễ can thiệp và biến đổi. Loài này cũng có tốc độ phát triển rất nhanh, có nghĩa là các nhà khoa học có thể nhanh chóng kiểm tra và điều chỉnh được những thao tác của họ trên nhiều thế hệ E. coli, tối ưu hóa các thay đổi di truyền mà họ tạo ra qua đó tiết kiệm được thời gian nghiên cứu.

Chỉ có điều, giống với nhiều loài vi khuẩn khác, E. coli ăn đường và thải ra CO2 như một sản phẩm thừa từ phản ứng sinh hóa của chúng.

Để đảo ngược được hiệu ứng này, Ron Milo, một nhà sinh học tại Viện Khoa học Weizmann ở Rehovot, Israel và nhóm của ông đã dành cả thập kỷ nghiên cứu để "đại tu" lại bộ máy sinh học bên trong E. coli.

Vào năm 2016, họ đã tạo ra 2 chủng vi khuẩn tiêu thụ CO2 đầu tiên. Nhưng sản lượng tiêu thụ của hai chủng E. coli này còn rất khiêm tốn. CO2 được chúng ăn chỉ góp một phần nhỏ vào tổng lượng carbon trong sinh vật. 

Ngoài ra, những con vi khuẩn không thể sống dựa hoàn toàn vào CO2, mà vẫn phải ăn thêm pyruvate, một hợp chất hữu cơ là thành phần chính trong chế độ ăn của chúng.

Các nhà khoa học tạo ra một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống - Ảnh 2.

Rất nhiều kỹ thuật di truyền và tiến hóa đã được sử dụng để can thiệp vào quá trình sinh hóa cũng như bộ gen của vi khuẩn.

Làm thế nào để tạo ra những con vi khuẩn ăn kiêng?

Đặt mục tiêu tạo ra những con vi khuẩn E. coli lấy hoàn toàn carbon từ CO2, Milo và nhóm của ông đã kết hợp rất nhiều kỹ thuật di truyền và tiến hóa trong phòng thí nghiệm để can thiệp vào quá trình sinh hóa cũng như bộ gen của vi khuẩn.

Đầu tiên, họ đã cấy vào vi khuẩn các gen mã hóa một cặp enzyme cho phép các sinh vật quang hợp và chuyển đổi CO2 thành carbon hữu cơ. Thực vật và vi khuẩn lam dùng ánh sáng để cung cấp năng lượng cho sự chuyển đổi này, nhưng điều tương tự không khả thi với E. coli. 

Lựa chọn một hướng đi khác, nhóm của Milo đã chèn một gen cho phép E. coli thu năng lượng từ một phân tử hữu cơ gọi là formate.

Nhưng ngay cả khi đã làm tất cả những việc này, trang bị cho những con vi khuẩn tất cả những gì cần thiết để lấy carbon từ CO2, chúng vẫn ăn đường và từ chối khí nhà kính. Các nhà khoa học nghĩa rằng, họ cần đưa chủng E. coli biến đổi gen của mình vào một khóa tập huấn ăn kiêng.

Cụ thể, họ đã dành cả năm để nuôi cấy rất nhiều thế hệ E.coli mới trong một môi trường có rất ít đường, nhưng nồng độ CO2 được giữ ở mức rất cao, gấp 250 lần so với khí quyển Trái Đất. 

Kết quả không ngoài dự đoán, những con E. coli đã tiến hóa với nhiều đột biến để thích nghi với chế độ ăn mới này.

Sau khoảng 200 ngày, những con E. coli đầu tiên có khả năng sử dụng toàn bộ CO2 làm nguồn carbon duy nhất đã xuất hiện. Và sau 300 ngày, những con vi khuẩn này đã phát triển mạnh hơn trong môi trường CO2 nồng độ cao so với môi trường khí quyển thông thường.

Các chủng E.coli ăn CO2, hoặc E. coli tự dưỡng vẫn có thể ăn đường - và sẽ ưu tiên sử dụng nguồn nhiên liệu đó hơn CO2, Milo nói. Nhưng trong một môi trường có nồng độ CO2 cao và hạn chế lượng đường, chúng bị buộc phải lựa chọn.

So với E. coli bình thường có thể phân chia để tăng gấp đôi số lượng sau mỗi 20 phút, E. coli tự dưỡng phát triển chậm hơn. Chúng phân chia sau mỗi 18 giờ trong bầu khí quyển có 10% CO2. Nếu được đưa trở lại một bầu khí quyển có nồng độ CO2 tiêu chuẩn – hiện là 0,041% - những con E. coli ăn kiêng sẽ chết.

Các nhà khoa học tạo ra một chủng vi khuẩn E. coli có thể ăn khí CO2 để sống - Ảnh 3.

Cơ chế lấy CO2 làm nguồn carbon phát triển của chủng E. coli mới.

Bây giờ, Milo và nhóm của ông hy vọng cần phải tìm cách để khiến cho những con vi khuẩn của phát triển nhanh hơn và sống được ở một môi trường có nồng độ CO2 thấp hơn. Họ cũng đang cố gắng tìm hiểu, làm thế nào E. coli có thể tiến hóa để ăn CO2. Quá trình tiến hóa này có thể xảy ra sau khi 11 gen được tinh chỉnh lại, và giờ Milo đang nghiên cứu để hiểu được toàn bộ quá trình đó.

Nhận định về thành tựu đột phá này, Cheryl Kerfeld, một nhà sinh học đến từ Đại học bang Michigan ở East Lansing và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California, Hoa Kỳ cho biết: Công trình này là một cột mốc quan trọng, cho thấy sức mạnh của việc kết hợp các kỹ thuật di truyền và tiến hóa để cải thiện các quá trình tự nhiên.

Trước đây, E. coli đã được sử dụng để tạo ra các phiên bản tổng hợp của nhiều hóa chất hữu ích như insulin và hormone tăng trưởng cho con người. Milo nói rằng công việc mà nhóm nghiên cứu của ông đang làm có thể mở rộng các sản phẩm mà vi khuẩn có thể tạo ra, bao gồm cả nhiên liệu tái tạo, thực phẩm và các chất khác.

Nhưng rất thực tế, Milo cho biết một tương lai mà ở đó, những con E. coli ăn CO2 để nhả ra xăng sinh học, chưa thể tới ngay được. Đây mới chỉ là một nghiên cứu khái niệm bằng chứng (proof-of-concept). Chúng ta sẽ phải chờ đợi, ít nhất một vài năm nữa, mới có thể thấy được ứng dụng thực sự của những con E. coli căn CO2 mới này.

Tham khảo Nature

Khoảng 6 tỷ năm nữa, ánh sáng toát ra từ Mặt Trời đang chết sẽ thiêu rụi vành đai tiểu hành tinh

tinybook tinybook 3 ngày 19 giờ
Khoảng 6 tỷ năm nữa, ánh sáng toát ra từ Mặt Trời đang chết sẽ thiêu rụi vành đai tiểu hành tinh
Một nghiên cứu mới đây cho thấy sức mạnh khủng khiếp từ ánh sáng của một ngôi sao ở cuối chu kì tiến hóa.

Loạt ảnh thế giới tự nhiên với nhiều điều kỳ thú khiến chúng ta phải đi từ bất ngờ này đến bất ngờ khác, và đôi khi thêm cả chút hãi hùng

tinybook tinybook 3 ngày 22 giờ
Loạt ảnh thế giới tự nhiên với nhiều điều kỳ thú khiến chúng ta phải đi từ bất ngờ này đến bất ngờ khác, và đôi khi thêm cả chút hãi hùng
Thế giới tự nhiên quả là còn nhiều điều mà con người chưa thể khám phá hết được. Một số sinh vật có màu sắc rực rỡ khiến chúng ta phải ngỡ ngàng nhưng cũng có số khác thì trông không khác gì đến từ chiều không gian khác.

NASA 'ra giá' đầu tư: 35 tỉ USD để đưa phi hành gia lên Mặt Trăng vào năm 2024

tinybook tinybook 4 ngày 13 giờ
NASA ra giá đầu tư: 35 tỉ USD để đưa phi hành gia lên Mặt Trăng vào năm 2024
Ngày xưa không có mấy nhà đầu tư mặn mà với những dự án tưởng chừng như hết sức viển vông như bay vào vũ trụ hay hạ cánh lên mặt trăng. Nhưng giờ thì khác rồi.

Sủ dụng công nghệ chấm lượng tử, pin mặt trời có thể tạo ra điện năng ngay cả khi trời nhiều mây hay có mưa

tinybook tinybook 4 ngày 17 giờ
Sủ dụng công nghệ chấm lượng tử, pin mặt trời có thể tạo ra điện năng ngay cả khi trời nhiều mây hay có mưa
Những tấm pin mặt trời này có thể hoạt động rất tốt ngay cả trong điều kiện thời tiết không thuận lợi như nhiều mây hay mưa gió.

Dịch viêm phổi bùng phát, Nam Cực nóng 20 độ, 400 tỷ con châu chấu "xâm lược": Trái Đất của chúng ta hiện tại có đang ổn không?

tinybook tinybook 4 ngày 17 giờ
Dịch viêm phổi bùng phát, Nam Cực nóng 20 độ, 400 tỷ con châu chấu "xâm lược": Trái Đất của chúng ta hiện tại có đang ổn không?
Chúng ta không phải đang cứu hành tinh mà chỉ là đang tự cứu chính mình.

Xe bán tải điện đối thủ của Tesla Cybertruck lộ diện: "trâu" hơn, thiết kế nội thất như xe tương lai

tinybook tinybook 4 ngày 19 giờ
Xe bán tải điện đối thủ của Tesla Cybertruck lộ diện: "trâu" hơn, thiết kế nội thất như xe tương lai
Ai sẽ giành chiến thắng trong cuộc đua giữa hai chiếc bán tải điện, một của công ty Nikola, một của công ty Tesla?

Khi Steve Jobs qua đời ở tuổi 56, bộ não của ông mới chỉ 27 tuổi

tinybook tinybook 4 ngày 19 giờ
Khi Steve Jobs qua đời ở tuổi 56, bộ não của ông mới chỉ 27 tuổi
Steve Jobs có một phương pháp đã được chứng minh là có thể đảo ngược quá trình lão hóa của bộ não.

Thiên hà cách ta 500 triệu năm ánh sáng phát ra đợt sóng vô tuyến với chu kỳ 16 ngày "đều như vắt chanh"

tinybook tinybook 4 ngày 22 giờ
Thiên hà cách ta 500 triệu năm ánh sáng phát ra đợt sóng vô tuyến với chu kỳ 16 ngày "đều như vắt chanh"
Liệu người ngoài hành tinh đã phát đi những tín hiệu này? Khả năng cao là không.

Phòng thí nghiệm Vũ Hán phủ nhận tin đồn "bệnh nhân số 0", tiết lộ chi tiết lạ về ca nhiễm bệnh đầu tiên

tinybook tinybook 5 ngày 20 giờ
Phòng thí nghiệm Vũ Hán phủ nhận tin đồn "bệnh nhân số 0", tiết lộ chi tiết lạ về ca nhiễm bệnh đầu tiên
Một viện nghiên cứu về virus tại Vũ Hán mới đây đã bác bỏ những tin đồn liên quan đến nguồn gốc của virus COVID-19.

Nếu con người cao 10 mét thì chúng ta có thể "tóm sống" Tyrannosaurus Rex bằng tay không?

tinybook tinybook 6 ngày 14 giờ
Nếu con người cao 10 mét thì chúng ta có thể "tóm sống" Tyrannosaurus Rex bằng tay không?
Nếu một người phát triển kích cỡ khổng lồ, đạt chiều cao khoảng 10 mét thì liệu rằng anh ta có thể "tóm sống" một con Tyrannosaurus Rex bằng tay không?

Phong trào Trái Đất phẳng lan ra với tốc độ thực sự đáng sợ, nhưng liệu nó có hại không?

tinybook tinybook 6 ngày 14 giờ
Phong trào Trái Đất phẳng lan ra với tốc độ thực sự đáng sợ, nhưng liệu nó có hại không?
Đã xuất hiện những dấu hiệu rõ ràng cho thấy ảnh hưởng xấu của phong trào này. Thế nhưng đại đa số chúng ta vẫn coi đây là trò đùa.

Hóa thạch khủng long 66 triệu năm tuổi chứa căn bệnh hiếm gặp trên trẻ em thời hiện đại

tinybook tinybook 6 ngày 21 giờ
Hóa thạch khủng long 66 triệu năm tuổi chứa căn bệnh hiếm gặp trên trẻ em thời hiện đại
Hội chứng mô bào là một căn bệnh hiếm gặp thường xuyên xuất hiện ở trẻ em, nay các nhà khoa học phát hiện dấu tích của nó trong hóa thạch khủng long

Dùng cách làm khác với truyền thống, công ty Mỹ tuyên bố tìm ra vaccine cho COVID-19 chỉ sau 3 giờ

tinybook tinybook 1 tuần 13 giờ
Dùng cách làm khác với truyền thống, công ty Mỹ tuyên bố tìm ra vaccine cho COVID-19 chỉ sau 3 giờ
Công ty Mỹ cho biết họ sẽ tiến hành thử nghiệm vaccine, ban đầu trên động vật và sau đó thử trên người. Một khi thành công, công ty sẽ đẩy mạnh việc sản xuất và bán ra thị trường.

Hơn nửa triệu con chim cánh cụt hoàng đế lúc nha lúc nhúc tụ tập về "lãnh địa" phía nam Đại Tây Dương để bắt đầu mùa sinh sản

tinybook tinybook 1 tuần 19 giờ
Hơn nửa triệu con chim cánh cụt hoàng đế lúc nha lúc nhúc tụ tập về "lãnh địa" phía nam Đại Tây Dương để bắt đầu mùa sinh sản
Cứ thành thông lệ hàng năm, loài chim cánh cụt hoàng đế lại di chuyển từ 50-120 km về khu vực sinh sản để bắt đầu mùa giao phối.

Tiết lộ hình ảnh Covid-19 nằm giữa tế bào người

tinybook tinybook 1 tuần 20 giờ
Tiết lộ hình ảnh Covid-19 nằm giữa tế bào người
Phòng thí nghiệm Rocky Mountain (RML) của Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia Mỹ hôm 13-2 đã công bố một số hình ảnh đầu tiên của Covid-19, lọai virus corona chủng mới khiến hơn 67.000 người nhiễm bệnh và hơn 1.500 thiệt mạng trên toàn thế giới.

Chuyện lạ mà có thật: Các nhà khoa học từng dùng đỉa để dự báo thời tiết?

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Chuyện lạ mà có thật: Các nhà khoa học từng dùng đỉa để dự báo thời tiết?
Trong những năm 1800, các nhà khoa học đã sử dụng những con đỉa đặt trong một lọ thủy tinh để dự đoán thời tiết trong ngày.

Ruồi cuống mắt: Loài vật sở hữu đôi mắt lồi bất thường nhất trong tự nhiên

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Ruồi cuống mắt: Loài vật sở hữu đôi mắt lồi bất thường nhất trong tự nhiên
Ruồi cuống mắt (Stalk-eyed flies) thuộc họ côn trùng thuộc họ Diopsidae, chúng khác với những loài côn trùng biết bay khác ở đặc điểm mắt có cuống dài. Chiếc cuống này nhô ra từ hai bên cạnh đầu còn mắt lại nằm ở đỉnh mút cuối của cuống.

Cá sấu cổ đại: Cỗ máy hủy diệt còn đáng sợ hơn cả khủng long

tinybook tinybook 1 tuần 1 ngày
Cá sấu cổ đại: Cỗ máy hủy diệt còn đáng sợ hơn cả khủng long
Cá sấu khổng lồ thời tiền sử sở hữu thân hình to lớn như những chiếc xe tải, đi theo đó là những đôi chân dài cho phép chúng chạy nhanh hơn hậu duệ thời hiện đại của mình gấp nhiều lần.

Chuyện buồn ngày Valentine: Cô sói lập kỷ lục đi 14.000 km để kiếm bạn tình, nhưng rồi lại chết trong cô đơn

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Chuyện buồn ngày Valentine: Cô sói lập kỷ lục đi 14.000 km để kiếm bạn tình, nhưng rồi lại chết trong cô đơn
Một cô sói xám tạm biệt gia đình của mình ở bang Oregon và vượt biên sang bang California để tìm kiếm tình yêu.

Biến đổi khí hậu đẩy loài ong vào nguy cơ tuyệt chủng, nhưng vẫn chưa quá muộn để nhân loại cứu chúng và cứu chính mình

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Biến đổi khí hậu đẩy loài ong vào nguy cơ tuyệt chủng, nhưng vẫn chưa quá muộn để nhân loại cứu chúng và cứu chính mình
Trong một bản báo cáo khoa học mới công bố, các nhà nghiên cứu khẳng định biến đổi khí hậu là nguyên nhân loài ong có thể tuyệt chủng.

Loài rùa nước ngọt lớn nhất từng tồn tại có chiều dài đến 3 mét, mai nặng tới hơn 1 tấn

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Loài rùa nước ngọt lớn nhất từng tồn tại có chiều dài đến 3 mét, mai nặng tới hơn 1 tấn
Các nhà khoa học khám phá ra hóa thạch của loài rùa khổng lồ từng sinh sống ở Nam Mỹ vào 10 triệu năm về trước.

Hóa ra, củ sạc mà chúng ta dùng hàng ngày còn mạnh hơn cả máy tính dẫn đường cho tàu Apollo 11

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Hóa ra, củ sạc mà chúng ta dùng hàng ngày còn mạnh hơn cả máy tính dẫn đường cho tàu Apollo 11
Tính ra, 4 củ sạc của Anker về mặt lý thuyết hoàn toàn có thể giúp các phi hành gia bay lên mặt trăng và trở về Trái đất.

Phát hiện loài khủng long ăn thịt mệnh danh 'khủng long thần chết' sống cách đây 79,5 triệu năm

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Phát hiện loài khủng long ăn thịt mệnh danh khủng long thần chết sống cách đây 79,5 triệu năm
Hóa thạch có niên đại 79,5 triệu năm của chi họ khủng long ăn thịt mới vừa được các nhà khảo cổ học phát hiện tại Canada.

Hiểu lầm thường thấy: Phải là xà phòng diệt khuẩn mới tiêu diệt được virus

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Hiểu lầm thường thấy: Phải là xà phòng diệt khuẩn mới tiêu diệt được virus
Xà phòng rửa tay thôi cũng mang trong mình nhiều câu chuyện!

Vì sao số ca nhiễm Covid-19 được công bố đột ngột tăng thêm gần 15 nghìn?

tinybook tinybook 1 tuần 2 ngày
Vì sao số ca nhiễm Covid-19 được công bố đột ngột tăng thêm gần 15 nghìn?
Các y bác sĩ, chuyên gia tại tâm dịch Hồ Bắc đã đưa ra quyết định mới.

Giữa dịch corona, Foxconn thưởng tiền cho nhân viên quay trở lại làm việc

tinybook tinybook 4 ngày 3 giờ
Giữa dịch corona, Foxconn thưởng tiền cho nhân viên quay trở lại làm việc
Theo báo cáo, tính đến thời điểm hiện tại, mới chỉ có 16.000 công nhân (khoảng 10% nhân lực) của Foxconn tại Trung Quốc đi làm trở lại.

Bị Honda tố ‘xâm phạm lợi ích’ và ‘làm xấu hình ảnh SH’ tại Việt Nam, PEGA lấy iPhone để giải thích và muốn làm bạn với Honda

tinybook tinybook 3 ngày 22 giờ
Bị Honda tố ‘xâm phạm lợi ích’ và ‘làm xấu hình ảnh SH’ tại Việt Nam, PEGA lấy iPhone để giải thích và muốn làm bạn với Honda
Bị Honda tố ‘xâm phạm lợi ích’ và ‘làm xấu hình ảnh SH’ tại Việt Nam, PEGA lấy iPhone để giải thích và muốn làm bạn với Honda

Tạo tài khoản Facebook "Vy Lê" lừa bán khẩu trang, chiếm đoạt hơn 600 triệu đồng

tinybook tinybook 4 ngày 16 giờ
Tạo tài khoản Facebook "Vy Lê" lừa bán khẩu trang, chiếm đoạt hơn 600 triệu đồng
Lợi dụng việc người dân đổ xô đi mua khẩu trang phòng dịch Covid-19, Lê Thị Liên ở Thanh Hóa đã tạo tài khoản "Lê Vy" trên Facebook để rao bán khẩu trang rồi lừa đảo chiếm đoạt hơn 600 triệu đồng của nhiều người.

Ca ngợi xe điện của Tesla nhưng lại tiết lộ mới mua 1 chiếc Porsche Taycan, Bill Gates vừa bị Elon Musk công khai 'móc mỉa'

tinybook tinybook 4 ngày 19 giờ
Ca ngợi xe điện của Tesla nhưng lại tiết lộ mới mua 1 chiếc Porsche Taycan, Bill Gates vừa bị Elon Musk công khai móc mỉa
Elon Musk không còn xa lạ với những dòng tweet móc mỉa, thậm chí chê bai thẳng thừng nhiều tỷ phú nổi tiếng thế giới.

YouTube sẽ tự động kiểm duyệt và tắt tính năng kiếm tiền của tất cả video liên quan đến virus Covid-19

tinybook tinybook 4 ngày 23 giờ
YouTube sẽ tự động kiểm duyệt và tắt tính năng kiếm tiền của tất cả video liên quan đến virus Covid-19
YouTube đưa những video liên quan đến virus Covid-19 vào nội dung kiểm duyệt.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat