К 2050 году мировое потребление пищи может вырасти примерно на 60%, а пригодных сельскохозяйственных земель почти не прибавится. Учёные Технического университета Мюнхена (TUM) предложили один из возможных ответов на эту проблему: производить аминокислоты — основные «кирпичики» белков — прямо из углекислого газа, водорода и возобновляемой энергии. Команда кампуса TUM в Штраубинге разработала процесс, в котором солнечная энергия через несколько стадий превращается в ценные белковые компоненты.
Как работает технология
Сначала фотоэлектрические панели вырабатывают электричество. С его помощью получают водород. Водород вместе с углекислым газом превращают в метанол — важный промышленный полупродукт. Затем специальные ферменты шаг за шагом преобразуют метанол в аминокислоты. Какая именно аминокислота получится, зависит от выбранного набора ферментов.
«Растения используют солнечный свет для создания биомассы, но делают это относительно неэффективно. Мы исследуем альтернативный путь: сначала возобновляемую энергию превращаем в химические носители, а потом — в ценные белковые строительные блоки», — объясняет профессор Фолькер Зибер (Volker Sieber), заведующий кафедрой химии биогенных ресурсов и ректор кампуса TUM в Штраубинге.
От одной аминокислоты к платформе
В 2023 году исследователи уже научились получать L-аланин из «зелёного» метанола. Теперь им удалось расширить набор до семи аминокислот: глицина, серина, L-аспарагиновой кислоты, L-валина, L-глутаминовой кислоты и L-пролина.
«Наша модульная концепция работает как конструктор, — говорит доктор Вивиан Виллерс (Vivian Willers), чья диссертация легла в основу работы. — То, что начиналось с одной аминокислоты, постепенно превращается в платформенную технологию для производства белковых компонентов из возобновляемой энергии».
Зачем это нужно
Аминокислоты в огромных количествах добавляют в корма для животных. Высокие надои молока, например, невозможны без дополнительной белковой подкормки. Традиционное производство этих добавок требует много земли, воды и других ресурсов. Новая технология может снизить зависимость от сои и других культур, выращивание которых не всегда экологично.
Кроме того, такие аминокислоты нужны для питательных сред при производстве культивированного мяса. Поэтому применение технологии выходит далеко за рамки обычного сельского хозяйства.
Исследователи показали всю цепочку — от углекислого газа через метанол до аминокислот. Однако объёмы пока слишком малы для промышленного использования. Сейчас команда работает над повышением эффективности ферментов.
«Наша работа — прежде всего доказательство технологической возможности, — подчёркивает Зибер. — Мы показали, что из метанола, полученного на основе CO₂, можно производить широкий спектр биологически важных аминокислот. Это открывает новые пути для устойчивого производства белковых строительных блоков».
Статья опубликована в журнале Nature Communications. Разработка пока находится на ранней стадии, но уже демонстрирует, как солнечная энергия и углекислый газ могут стать источником белка будущего.
