Sve što živi na ovome svijetu hrani se na jedan od  tri načina. Neka živa bića, poput čovjeka, dobivaju energiju i ugljik iz organskih spojeva. To su heterotrofni organizmi. Drugi, poput biljaka i modrozelenih algi, iskorištavaju energiju Sunčeve svjetlosti, a hrane se ugljikovim dioksidom. To su autotrofni ili, određenije, fotoautotrofni organizmi. No postoji i treća, manje poznata skupina živih bića. To su kemoautotrofni organizmi: oni dobivaju ugljik, poput biljaka, iz CO₂, no energiju ne crpe iz Sunca nego iz jednostavnih organskih ili anorganskih spojeva. Iz tih su se organizama, kažu najnovije teorije o postanku života, razvili svi ostali.

Escherichia coli, najpoznatija stanovnica naših crijeva, hrani se kao i mi – šećerom. I baš se, kao ni mi, ne može hraniti ugljikovim dioksidom. A upravo su to što se „ne može“ nedavno  pretvorili u „može“ znanstvenici iz poznatog Weizmannovog instituta u Izraelu. Njihova E. coli izgrađuje svoje proteine, nukleinske kiseline, masti, šećere – ukratko, sve što joj treba – iz tog po zlu glasu poznatog plina. A odakle joj energija?  Iz  mravlje kiseline, HCOOH  (ili točnije, njezinih soli ili iona, formijata, HCOO^-), koja se kisikom iz zraka oksidira na CO₂ i vodu.

Što su učinili izraelski znanstvenici? Oni su, prvo, izmijenili bakteriju promjenom gena. To nije bilo naročito teško. Priroda naime nastoji sve postići najkraćim putem, pa stoga Calvinov ciklus, na kojem se temelji autotrofni metabolizam, vrlo sliči Krebsovom ciklusu, temeljnom metabolizmu heterotrofnih organizama.  (Ovo „priroda nastoji“ treba dakako razumjeti metaforički: sličnost proizlazi iz toga što je heterotrofni metabolizam evoluirao iz autotrofnog.) Kada su napravili kompjutorsku simulaciju, ispalo je da bi se ugradnjom  tri te isključenjem istog broja enzima bakterije E. coli ona mogla prevesti na novu dijetu – no  uzalud.

Bakterija je, jednostavno govoreći, odbijala da se hrani onime što inače ne jede. Zašto? Zato što nije dovoljno da bakterija ima sve potrebne enzime, nego i da rad tih enzima bude usklađen. Stoga su genski modificiranu E. coli znanstvenici podvrgavali evolucijskom pritisku sve dok nisu dobili soj bakterija koji, kako piše u naslovu njihova rada objavljenog u časopisu Cell, „proizvodi sav ugljik biomase iz CO₂“ (generate all biomass carbon from CO₂).

Bakterije s izmijenjenim genima rasle su na podlozi s malo šećera, ksiloze, pa su se morale sve više oslanjati na novu dijetu. I evo rezultata: nakon 200 dana „gladovanja“ pojavio se prvi autotrofni soj, a nakon 350 dana bakterijama za život više nije bila potrebna ksiloza ni bilo koji drugi šećer.  Bakterije su mogle živjeti samo od ugljikova dioksida i mravlje kiseline.

No, eto opet komplikacija. Kemoautotrofni soj bakterije E. coli živi u otopini natrijeva formijata (koncentracije 0,03 mol/L) i zraka sa 10 % ugljikova dioksida – a to je daleko više od onih famoznih 0,03 %, koliko ga ima u zraku što ga udišemo. Da bi se dakle autotrofna E. coli mogla iskoristiti za proizvodnju kemikalija i stočne hrane, CO₂  bi se trebao izdvajati iz zraka. Drugi je pak problem mravlja kiselina.  Ona se oksidira na vodu i ugljikov dioksid,  pa kada se sve zbroji, bakterija više ugljikova dioksida emitira negoli asimilira. I što sad?

Sve skupa ne bi imalo smisla da se mravlja kiselina ne može, i to vrlo jednostavno, proizvesti iz ugljikova dioksida. Za uzgoj bakterija treba imati dakle samo CO₂, uz – dakako – neki izvor energije za sintezu HCOOH.

Koliko će se ovaj, bakterijski  način vezivanja ugljikova dioksida iz zraka ekonomski isplatiti teško je reći, no sama činjenica da su znanstvenici uspjeli napraviti „metaboličku transplantaciju srca“, heterotrofni organizam pretvoriti u autotrofni,  otvara nove perspektive. Eto, pade mi na pamet da bi se takvim organizmima mogao riješiti problem prehrane astronauta. Može ih se lakše i brže uzgajati od biljaka. Ne treba im ni svjetla ni čvrste podloge. A što se tiče kuhinje… I kvasac čine jednostanični organizmi, a od njega se, kvasca, mogu pripraviti mnoga ukusna i nadasve hranjiva jela. 

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je i 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih je posljednju, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“ (izišlu 2018. godine), napisao na engleskom jeziku. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.