Scientists are identifying enzymes that can, with extremely high efficiency, utilize CO2 directly from the air. Photo: BII

DTU går på jagt efter enzymer til at omdanne CO2

torsdag 13 jan 22

Kontakt

Liliana Calzadiaz Ramirez
Postdoc
DTU Bioengineering

Kontakt

Anne S. Meyer
Professor
DTU Bioengineering
45 25 25 98

Opfanger og udnytter CO2

Udledning af kuldioxid, CO2, er den direkte årsag til global opvarmning og klimaændringer, og udvikling af nye metoder til at opfange og udnytte COer en verdensomspændende udfordring. Mikrobielle enzymer af typen formiat-dehydrogenaser, FDH, kan omdanne CO2 til formiat, som også kaldes myresyre, og dermed give et første skridt til at udnytte CO2 til produktion af en række kemikalier, der er høj efterspørgsel på, og som i øjeblikket produceres fra fossile kilder. CO2 FDH-21-projektet har til formål at identificere FDH'er, der effektivt reducerer COtil formiat, og at opnå nye konstruerede FDH-varianter, der har en hidtil uset høj katalytisk aktivitet. Målet er en aktivitet, der er 1000 gange forbedret.
Forskere identificerer enzymer, der med ekstrem høj effektivitet kan udnytte CO2 direkte fra luften til nye kemikalier og biobrændstoffer.

Enzymers evne til at øge hastigheden af kemiske reaktioner er ved at blive et vigtigt våben i kampen mod stigende temperaturer i verden. Forskere fra DTU vil identificere enzymer med potentiale til at blive tusind gange mere effektive end andre enzymer til at omdanne CO2 direkte fra luften. Det sker i samarbejde med EPFL - École Polytechnique Federale de Lausanne, Schweiz og Technion - Israel Institute of Technology. Når enzymerne tilføres elektroner fra en el-kilde, sættes der gang i en proces, som kan udnyttes til at fremstille kemikalier og brændstof som f.eks. methanol.

”Bæredygtigheden er dobbelt, fordi vi både opsamler, og omdanner COdirekte til andre produkter. Men det er en forudsætning, at der også er en kilde til elektroner – f.eks et kemisk middel, eller el produceret af vindmøller, så enzymerne tilføres elektroner, der udløser omsætningen af CO2,” siger professor Anne Meyer fra DTU Bioengineering.

Millioner af gener testes

Forsøgene med at finde effektive enzymer finder sted på DTU og udføres af postdoc Liliana Calzadiaz-Ramirez. Det første trin i processen er at udvælge og teste forskellige mikrobielle enzymer af typen formiat dehydrogenase, FDH, som har vist et stort potentiale for at omdanne CO2.

Udvælgelsen af generne fra FDH-enzymerne er en omfattende opgave. Forskerne bruger derfor specialkonstruerede bakterier af typen E. coli som platforme til at screene og teste forskellige enzymers egenskaber, og til at undersøge effekten af små ændringer i deres genkoder. Ud fra dette princip kan tusindvis af enzymgener undersøges ret hurtigt.

For at opnå højeffektive FDH-enzymer udvælges manipulerede genvarianter efter, om de skaber vækst i de manipulerede E. coli-stammer, når de introduceres i et miljø, hvor der kun er COsom kulstofkilde. På den måde er forskerne i stand til at teste millioner af gener og identificere de gensekvenser, der kan gøre FDH-enzymerne mere effektive til at omdanne CO2. Resultaterne med de manipulerede enzymer opsamles derefter i et stort enzymbibliotek.

"Formiat-dehydrogenase-enzymer er særligt gode til at bygge bro mellem fysisk-kemiske og biologiske processer. I naturen er disse enzymprocesser enten ineffektive eller begrænset til organismer, der er svære at dyrke. Ved at identificere generne bag processen kan vi producere skræddersyede, syntetiske kanaler og derved strømline og udnytte enzymerne til kemiske processer,” forklarer Liliana Calzadiaz-Ramirez.

Internationalt samarbejde

Næste trin i forskningen bliver at undersøge ydeevnen af de 10 bedste enzymer ved hjælp af et bioelektro-katalytisk system, der kan måle, hvor effektive enzymerne er til at omdanne CObaseret på den direkte overførsel af elektroner fra en elektrode til enzymet. Denne del af projektet udføres af Liliana Calzadiaz-Ramirez under et forskningsophold på et speciallaboratorium ved EPFL, og vil senere blive forsynet med eksperimenter på Technion – Israel Institute of Technology. Her vil Liliana Calzadiaz-Ramirez undersøge hastigheden af de kemiske reaktioner og karakterisere robustheden af de bedst konstruerede FDH-varianter.

Forskningsprojektet, COFDH-21, varer i to år og forventes at danne grundlag for en tværfaglig strategi for anvendelse af FDH-enzymer til at reducere COi større produktionsanlæg.

Relaterede Videoer  

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

Vis flere

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.