Miben hasonlít az emberi zsírsejt a keményítőre? Abban, hogy amíg az emberek (illetve az állatvilág úgy általában) zsírsejtekben tárolja az energiát, addig a zöld növények erre a célra a keményítőt használják. És miben különbözik a kettő? Az emberek manapság jellemzően szabadulnának a zsírtól, ellenben a keményítő mesterséges előállítása régóta a kutatás-fejlesztés homlokterében áll. Amennyiben ugyanis sikerülne mesterséges úton előállítani ezt az anyagot, több legyet is üthetnénk egy csapásra: megoldhatnánk az emberiség hosszútávú táplálását, miközben lejjebb csavarhatnánk a több szempontból is egyre károsabb, ipari léptékű mezőgazdasági tevékenységet.

Ezt az áhított célt érték most el kínai kutatók, amikor is sikerült leutánozni a természet működését, és mesterséges körülmények között szintetizáltak keményítőt CO2 segítségével az emberiség történelmében először. Ebből pedig két dolog is következik: egyrészt megnyílik az út azelőtt, hogy a keményítő-előállítást a mezőgazdaságtól az ipar vegye át. Másrészt hasonló módszerrel akár komplexebb molekulák is előállíthatóak. Jelenleg keményítőt ugyanis az alapelvet tekintve elsősorban úgy termelünk, mint évezredekkel ezelőtt is – tehát különböző növények, például kukorica felhasználásával. A kukoricában igen bonyolult folyamatok alapján lesz a fotoszintézis végterméke a szóban forgó anyag – körülbelül 60 biokémiai folyamatra van ehhez szükség. Az elméleti energiahatékonyság sem túl magas: 2 százalék mindössze.

Laboron kívül, közönséges napelemmel kombinálva működött a mesterséges fotoszintézis egy új katalizátornak köszönhetően A katalizátor kereskedelmi forgalomban kapható napelemekkel együtt is működik, és hatékonyabban alakítja át a szén-dioxidot, mint bármely más, hasonló rendszer eddig – a kísérletek során ráadásul külső környezetben is működött.

A Kínai Tudományos Akadémia Tianjin Institute of Industrial Biotechnology (TIB) elnevezésű intézete 2015 óta próbálkozik a keményítő mesterséges szintetizálásával, de fáradozásuk mostanra megtérülni látszik. A kutatók a cél elérése érdekében egyrészt létrehoztak egy kemoenzimatikus rendszert, másrészt kidolgoztak egy új biokémiai útvonalat, amely során CO2 felhasználásával keményítő állítható elő – ez az útvonal pedig a természetessel szemben mindössze 11 kulcsreakcióból áll. Az elmúlt időszakban pedig a kutatók szisztematikusan optimalizálták ezt a hibrid rendszert, és az eredmény elég lélegzetelállító: a kutatók által kidolgozott biokémiai útvonal hatékonysága 8,5-ször nagyobb a természetesnél. Mint azt a kutatást leíró tanulmány vezető szerzője megfogalmazta:

„A jelenlegi technikai paraméterek szerint egy 1 köbméteres bioreaktor éves szinten – ha nem számítjuk az energiafelhasználást – annyi keményítőt állít elő, mint amennyi 1/3 hektáron megtermelt kukoricából nyerhető ki.”

Az energiafelhasználás természetesen nem elhanyagolható szempont, ugyanakkor egy másik kutató szerint amennyiben az összköltségvetés szempontjából a mesterséges eljárás gazdaságosnak bizonyulna a mezőgazdasági tevékenységhez képest, úgy a termőföldek 90 százaléka, valamint az ezek öntözésére használt édesvíz nagy része is megspórolható lenne. Ugyanakkor a pozitívumok listája itt nem ér véget: a mesterséges keményítő előállítása nem igényel sem rovarirtót, sem műtrágyát (mindkettő elég káros lehet mind a környezetre, mind a fogyasztóra), ami miatt az élelmiszer-biztonság is növelhető lenne, sőt a mesterséges keményítő lehetne az első lépés egy karbonmentes biogazdaság felépítésében is.

(Kép: Pixabay)

További cikkek a témában:

Jó a globális felmelegedés ellen és a Marson is beválhat a szén-dioxid reaktor Az elképzelés alapját jelenleg is használják a Nemzetközi Űrállomáson, de jelenleg azzal kísérleteznek, hogy a CO2 átalakítása jóval nagyobb volumenben történhessen.

Csapdába esett algák állíthatják elő a jövő energiahordozóját, a hidrogént Méghozzá fotoszintézis útján, mely folyamat alapvetően amúgy oxigént termel. Ha ez az ötlet beválik, úgy sikerül energia-hatékony módon hidrogént előállítani, aminek hiánya mindig is nagy hátulütője volt ennek az energiahordozónak.

Olyan eszközt készítettek, ami képes a mesterséges fotoszintézisre Az egyedülálló találmány képes tiszta energiává alakítani a napfényt, a szén-dioxidot és a vizet, méghozzá vezetékek, és úgy egyáltalán, mindenféle külső elektromos berendezés segítsége nélkül.