В будущем такие методы могут стать биопроизводства — когда продукты питания и материалы не только не вредят климату, но и помогают очищать атмосферу.
Китайские химики из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии (входит в Китайскую академию наук) разработали новый метод создания обычного белого сахара (сахарозы) не из растений, а из метанола — вещества, которое можно получить из углекислого газа. Результаты опубликованы в Science Bulletin.
Сахар обычно получают из сахарного тростника или сахарной свеклы. Обе культуры требуют больших ресурсов: земли, воды, времени. Китай, несмотря на собственное производство, ежегодно импортирует около 5 миллионов тонн сахара, чтобы покрыть внутренний спрос (около 15 млн тонн в год). Новый метод позволяет обойти сельское хозяйство и получать сахар в лаборатории — потенциально дешевле, быстрее и экологичнее.
Как удалось такого добиться?
Ученые использовали технологию биотрансформации in vitro — это процесс, при котором полезные вещества синтезируются с помощью ферментов вне живых организмов. В данном случае они последовательно превратили метанол (C1-соединение, содержащие один атом углерода) в сложные сахара.
Метанол можно получить из промышленных отходов или создать химически из углекислого газа — парникового газа, вызывающего изменение климата. Ранее, в 2021 году, другая китайская группа уже разработала метод превращения CO₂ в метанол при низкой температуре. Теперь этот метанол можно пустить на производство сахара.
«Мы успешно разработали систему биотрансформации для синтеза сахарозы из низкоуглеродных молекул», — пишут авторы исследования. Коэффициент преобразования метанола в сахар составил 86% — очень высокий показатель эффективности. Это значит, что почти весь исходный материал был использован по назначению», — отмечают ученые
Что еще можно производить
Система не ограничивается одним сахаром. Ученые также синтезировали:
фруктозу — сладкий сахар, содержащийся в фруктах;
крахмал — углевод, который содержится в картофеле и хлебе;
амилозу, амилопектин, целлобиозу, целлоолигосахариды — важные для хранения энергии, пищевой и фармацевтической промышленности.
«Это шаг к тому, чтобы создавать пищу и медицинские соединения напрямую из химических веществ, минуя сельское хозяйство», — отмечают авторы.
Чем так ценна технология?
Новый способ поможет решить сразу несколько глобальных проблем, если процесс масштабировать, например, это позволяет утилизировать CO₂, снижая углеродный выброс. При росте населения и сокращении пахотных земель это альтернатива традиционному сельскому хозяйству и способ получить дешевое производство сахаров без воды.
«Искусственное преобразование CO₂ в пищу и химикаты — перспективная стратегия решения экологических и демографических проблем. Сейчам мы впервые получили сложные сахара буквально из "воздуха"», — пишут исследователи