זיהום אוויר מעל תל אביב / צילום: תמר מצפי
מדעני מכון ויצמן למדע פיתחו חיידקים שניזונים מפחמן דו-חמצני בלבד ובונים את כל הביומסה של גופם מפחמן שמקורו באוויר. החיידקים הללו עשויים לסייע בעתיד בהפחתת הצטברות גזי החממה באטמוספירה, ובמאבק בהתחממות הגלובלית. השאיפה של החוקרים היא לפתח מעגל סגור של ייצור דלק ביולוגי באמצעות אותם חיידקים, באופן שלא יפגע בכדור הארץ. יחד עם זאת, הפיתוח רחוק מכדי מימוש, ולא מדובר בחיידקים שניתן לפזר באופן יזום באטמוספירה מפני שאינם מסוגלים לשרוד שלא בתנאי מעבדה.
החיידקים במעבדתו של פרופ' רון מילוא נגמלו לחלוטין מסוכר, והם ניזונים כעת מפחמן דו-חמצני בלבד שאותו הם מקבלים מסביבתם, כך שהם "חיים מהאוויר" ובונים את כל מסת גופם, אך ורק מפחמן שמקורו באטמוספירה.
כעשור של תכנון, הנדסה גנטית וגרסה מואצת של "אבולוציה במעבדה" נדרשו כדי להגיע לתוצאות אלה, המתפרסמות היום בכתב-העת המדעי "Cell". הישג זה טומן בחובו אפשרויות עתידיות רבות לפיתוח טכנולוגיות חדשות וירוקות שיסייעו בהפחתת הצטברות גזי החממה באטמוספירה ובמאבק בהתחממות הגלובלית.
החיים על-פני כדור הארץ מתבססים, בדרך זו או אחרת, על "קיבוע פחמן" באמצעות פוטוסינתזה: היכולת של צמחים, אצות וחיידקים מסוימים "לשאוב" מהסביבה פחמן דו-חמצני ולהמיר אותו - בסיוע אנרגיית השמש - לסוכרים המשמשים חומר מוצא הכרחי לתהליכי החיים. יצורים חיים אלה נמצאים בתחתית מארג המזון, והם מכונים יצורים אוטוטרופיים או יצרנים. במעלה מארג המזון, מצויים יצורים שפועלים בכיוון ההפוך: הם צורכים סוכרים (שמפיקים היצרנים) ו"בתמורה", משחררים לסביבה פחמן דו-חמצני. יצורים אלה מכונים הטרוטרופיים או צרכנים והם כוללים חיידקים רבים, פטריות, בעלי חיים ובהם בני האדם. אך האם אפשר "לתכנת מחדש" יצור שמצוי במעלה מארג המזון, צורך סוכרים ומשחרר פחמן דו-חמצני, כך שישתמש בפחמן דו-חמצני מהסביבה וייצר סוכרים הנחוצים לו לבניית גופו? זה בדיוק האתגר שעמו ביקשה להתמודד קבוצת המחקר של פרופ' מילוא במחלקה למדעי הצמח והסביבה.
החוקרים בהובלת ד"ר שמואל גלייזר, החליטו לנסות ליישם את ה"אתגר ללא סוכר" על חיידקי אי קולי. תחילה מיפו החוקרים את הגנים החיוניים לתהליך קיבוע הפחמן וצירפו כמה מהם לגנום של החיידקים במעבדתם. בנוסף, כדי להחליף את תפקידה של אנרגיית השמש בפוטוסינתזה, הם החדירו לחיידקים גן המאפשר להם לקבל אנרגיה מחומר זמין המכונה פורמאט. המדענים ריצפו את הגנום של החיידקים שנגמלו מסוכר, כדי לזהות את המוטציות שהביאו לשינויים בהרגלי התזונה. במפתיע, הם מצאו שינויים גנטיים מעטים באופן יחסי - כמה שינויים הקשורים בסנכרון תהליך קיבוע הפחמן, כמה שינויים הקשורים בהסדרת רמות ההתבטאות של גנים, ועוד כמה שינויים שתפקידם עדיין אינו ברור. "אנו מקווים שמחקר המשך יגלה כיצד בדיוק התאימו הגנים הללו את פעילותם", אומר ד"ר גלייזר.
החוקרים מאמינים שההרגלים ה"בריאים" של חיידקים אלה עשויים להתגלות כבריאים בעיקר עבור כדור הארץ. כך, למשל, חברות ביוטק שמשתמשות כיום בתרביות תאים של שמרים או חיידקים כדי לייצר כימיקלים תעשייתיים, יוכלו לייצר בתאים חומרים אלו באמצעות פחמן דו-חמצני, במקום באמצעות כמות גדולה של סירופ תירס שממנו הם ניזונים כיום. עם זאת, חשוב לשים לב שבשלב זה החיידקים מקבלים את האנרגיה שלהם מפורמאט - מקור אנרגיה שאינו מתחדש. בהמשך, מתכננים החוקרים להשלים את המהלך האבולוציוני ו"ללמד" חיידקים לקבל את האנרגיה שלה הם זקוקים לצורך קיבוע הפחמן, ממקורות אנרגיה מתחדשים. בתרחיש שכזה, החיידקים ייצרו דלק פחמני מתחדש שיהיה נייטרלי מבחינת פליטות הפחמן לאטמוספירה, שכן מקור הפחמן שלו יהיה הפחמן הדו-חמצני שבאוויר.