Thực vật với khả năng chuyển đổi CO2 từ không khí thành năng lượng hóa học để thúc đẩy sự phát triển của chúng. Với quá nhiều CO2 trong khí quyển và ngày càng được thải ra nhiều hơn mỗi ngày, các nhà khoa học đang chuyển sang quá trình tự nhiên để giúp kiềm chế nồng độ CO2 trở lại, đồng thời sản xuất nhiên liệu và các phân tử hữu ích khác.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học của Max Planck đã phát triển phương pháp thu giữ CO2 hoàn toàn mới, hoạt động này thậm chí còn hiệu quả hơn phương pháp đã được thử nghiệm và thực sự của tự nhiên. Họ gọi đó là chu trình THETA và nó sử dụng 17 chất xúc tác sinh học khác nhau để tạo ra một phân tử gọi là acetyl-CoA - thành phần chính trong nhiều loại nhiên liệu sinh học, vật liệu và dược phẩm.

Chu trình này được xây dựng dựa trên hai enzyme cố định CO2 nhanh nhất được biết đến là crotonyl-CoA carboxylase/reductase và phosphoenolpyruvate carboxylase. Mặc dù chỉ riêng mỗi loại enzyme này đã thu được CO2 nhanh hơn 10 lần so với enzyme chính mà thực vật sử dụng nhưng quá trình tiến hóa dường như chưa kết hợp chúng một cách tự nhiên. Vì vậy, các nhà khoa học đã làm thay thế.

Các lọ đang được thử nghiệm chu trình cố định CO2 THETA mới.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu xây dựng chu trình THETA trong các ống nghiệm để xác nhận chức năng của nó là thu giữ hai phân tử CO2 từ không khí và chuyển chúng thành một phân tử acetyl-CoA. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa nó qua nhiều vòng thử nghiệm để tăng năng suất lên gấp 100 lần. Cuối cùng, họ bắt đầu kết hợp chu trình này vào các tế bào sống cụ thể là E. coli.

Quy trình 17 bước hiện quá phức tạp để một tế bào có thể xử lý nên nhóm đã chia nó thành ba mô-đun và kết hợp chúng vào E. coli. Mỗi mô-đun đều hoạt động ổn định. Bước tiếp theo là gộp tất cả lại thành một, nhưng điều này sẽ đòi hỏi phải đồng bộ hóa từng bước với quá trình trao đổi chất tự nhiên của E. coli.

Tuy nhiên, trong thời gian chờ đợi, cột mốc này vẫn rất quan trọng, nhóm nghiên cứu cho biết, kỹ thuật này có thể được điều chỉnh để hướng dẫn vi khuẩn tạo ra nhiều loại hợp chất có giá trị. Ông Shanshan Luo, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Điều đặc biệt ở chu trình này là nó chứa một số chất trung gian đóng vai trò là chất chuyển hóa trung tâm trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Sự chồng chéo này mang lại cơ hội phát triển một cách tiếp cận mô-đun để thực hiện nó. Chu trình của chúng tôi có tiềm năng trở thành một nền tảng linh hoạt để sản xuất các hợp chất có giá trị trực tiếp từ CO2 thông qua việc mở rộng phân tử đầu ra của nó là acetyl-CoA".