Как микробы помогут колонизировать космос и создавать энергию: ученые это выяснили

После многих лет изучения того, как работают микробы, ученые из Висконсинского университета в Мадисоне (США) смогли воссоздать их внутреннюю работу в цифровом виде, чтобы решать разные проблемы, начиная от изменения климата и заканчивая колонизацией космоса, пишет Inverse.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Ученые изучили способы заставить микробы производить больше полезных химикатов, таких как топливо и биопластик, которые могут использоваться в энергетической, сельскохозяйственной и фармацевтической промышленности. Вместо традиционных методов ученые смогли моделировать эксперименты на компьютере с помощью цифровых карт, которые воспроизводят внутреннюю часть микробов. Это называется модели метаболизма в масштабе генома, или GEM, и они значительно сокращают время и затраты, необходимые для выяснения работы микробов. С помощью GEM ученые могут не только изучать сложную сеть метаболических путей, которые позволяют живым организмам функционировать, но и настраивать, тестировать и предсказывать, как микробы будут вести себя в различных средах, в том числе на других планетах.

Что такое модели метаболизма в масштабе генома?

Модели метаболизма в масштабе генома представляют собой цифровые карты всех известных химических реакций, которые происходят в клетках, то есть метаболизма клетки. Эти реакции имеют решающее значение для преобразования пищи в энергию, построения клеточных структур и удаления вредных веществ.

Чтобы создать GEM ученые начинают с анализа генома организма, который содержит генетические инструкции, используемые клетками для производства белков. Тип белка, закодированный в геноме, называемый ферментами, является рабочими лошадками метаболизма. Он облегчает преобразование питательных веществ в энергию и строительные блоки для клеток.

Связывая гены, кодирующие ферменты, с химическими реакциями, которые они помогают осуществить, можно построить комплексную модель, которая отображает связи между генами, реакциями и метаболитами.

После создания GEM ученые используют вычислительные симуляции, чтобы заставить модель работать так, как это делают живые клетки или микробы. Математический алгоритм анализирует доступные данные о метаболизме, а затем делает прогнозы о том, как различные химические реакции и метаболиты будут действовать в определенных условиях.

Это делает модели GEM особенно полезными для понимания того, как организмы реагируют на генетические изменения и экологические стрессы.

Решение энергетических и климатических проблем

Большинство химических веществ, используемых в сельском хозяйстве, фармацевтике и энергетике, получают из ископаемого топлива. Но оно является ограниченным ресурсом и вносит значительный вклад в изменение климата. Вместо того, чтобы извлекать энергию из ископаемого топлива, ученые сфокусировали свое внимание на разработке устойчивого биотоплива и биопродуктов из растительных отходов.

Была создана модель метаболизма в масштабе генома для Novosphingobium fragranceivorans, вида бактерий, которые могут преобразовывать очень сложные химические вещества в растительных отходах в химические вещества, которые используются для производства биопластика, фармацевтических препаратов и топлива. С более четким пониманием этого процесса можно точнее моделировать условия, необходимые для синтеза большего количества этих химических веществ. После этого можно создать материалы, которые будут дешевле и доступнее тех, что производятся из ископаемого топлива, говорят ученые.

Микробы и колонизация космоса

На Земле есть микробы, которые могут выживать в чрезвычайно суровых условиях. Например, Chromohalobacter canadensis может жить в чрезвычайно соленых условиях. А Alicyclobacillus tolerans может процветать в очень кислых условиях.

Поскольку на других планетах обычно такой же суровый климат, эти микробы могут не только процветать и размножаться на этих планетах, но и потенциально изменять окружающую среду, чтобы люди могли там жить.С помощью GEM ученые могут моделировать среду других планет, чтобы изучать, как выживают микробы, без необходимости самим отправляться на эти планеты.

По словам ученых, по мере развития технологии GEM она открывает двери новым захватывающим возможностям в медицине, энергетике и исследовании космоса.

Как уже писал Фокус, начинается большое вторжение на Луну. Ракета Илона Маска запустит в космос сразу два посадочных модуля для исследования Луны уже на этой неделе. В этом году на Луну отправится еще несколько посадочных модулей частных компаний в рамках сотрудничества с NASA.

Также Фокус писал о том, что ученые раскрыли тайну хранилища углерода в Южном океане. Исследователи пришли к выводу, что микроскопические водоросли не играют важнейшей роли в перемещении углерода в глубины океана.