תוך שימוש באבולוציה כעיקרון מנחה, חוקרים הנדסו בהצלחה כלאיים של חיידקים ושמרים כדי לבצע הטמעת פחמן פוטוסינתטית, לייצר אנרגיה תאית ולתמוך בצמיחת שמרים ללא חומרי הזנה מסורתיים של פחמן כמו גלוקוז או גליצרול. על ידי הנדסת ציאנובקטריות פוטוסינתטיות כדי לחיות באופן סימביוטי בתוך תאי שמרים, הכלאיים של חיידקים-שמרים יכולים לייצר פחמימנים חשובים, ולסלול מסלולים ביו-טכניים חדשים לאנרגיה שאינה מבוססת נפט, ליישומי ביולוגיה סינתטית אחרים ולמחקר ניסיוני של אבולוציה.
כל התאים שיש להם גרעין גם מכילים מגוון של אברונים -; כגון מיטוכונדריה וכלורופלסטים -; שמבצעים פונקציות ספציפיות ומכילים DNA משלהם. חוקרים גרסו זה מכבר שצורות חיים מורכבות התחילו כאשר אחד מסוגי התאים הללו התמזג עם אחר בתהליך הנקרא אנדוזימביוזה.
אנגאד מהטה, פרופסור, אוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין
במחקר קודם, הצוות של Mehta הראה כי כימרות ציאנובקטריה-שמרים שנוצרו במעבדה, או אנדוסימביונטים, יכולות לספק ATP שנוצר באופן פוטוסינתטי לשמרים אך אינם מספקים סוכרים. במחקר החדש, הצוות פיתח ציאנובקטריות לפירוק סוכרים ולהפריש גלוקוז, ולאחר מכן שילב אותם עם תאי שמרים כדי ליצור כימרות שיכולות לצמוח בנוכחות CO2, תוך שימוש בסוכר ובאנרגיה שמייצרים החיידקים.
ממצאי המחקר מתפרסמים בכתב העת תקשורת טבע.
חמושים ביכולת להנדס אורגניזם לא פוטוסינתטי לצורת חיים פוטוסינתטית וכימרית, הצוות מיקד את מחקרם בקביעת האופן שבו ניתן להשתמש בכימירות אלו כדי להנדס מסלולים מטבוליים חדשים המסוגלים לייצר מוצרים יקרי ערך כמו לימונן, תרכובת פחמימנים פשוטה שנמצאה. בפירות הדר, בתנאים פוטוסינתטיים.
"לימונן היא מולקולה פשוטה יחסית אך חשובה עם שוק גדול", אמר מהטה, המזוהה גם עם מכון Carl R. Woese לביולוגיה גנומית. "מחקר הוכחת מושג זה מראה לנו שאנחנו יכולים להנדס מסלולים בהכלאיים שלנו לייצור לימונן באופן פוטוסינתטי, השייך לקבוצת מולקולות הנקראות טרפנואידים, שהם גם מבשרי תרכובות רבות בעלות ערך גבוה כמו דלקים, אנטי סרטניים ואנטי מלריה. סמים".
מהטה אמר שהמטרות שלהם לקו המחקר הזה הן לקבוע אם השיטה שלהם יכולה לייצר תרכובות מורכבות יותר, כמו דלקים ותרופות, ואם כן, לעבוד על הגדלה של התהליך כדי שיהיה סחיר.
"אני חושב שזה יהיה מדהים להגיע לנקודה שבה נוכל להבטיח שכל פיסת פחמן בתרכובת בעלת ערך גבוה מגיעה מ-CO2", אמר מהטה. "זו יכולה להיות דרך אחת למחזר פסולת CO2 בעתיד".
הצוות אמר גם שבשאיפה שלהם להבין ולשכלל מערכות אנדוזימביוטיות כדי לקדם את הביוטכנולוגיה, הם גם יענו על שאלות אבולוציוניות בסיסיות רבות לאורך הדרך. "זה יקרה בין אם אנחנו מתכוונים לזה או לא", אמר מהטה. "אנחנו תמיד עוקבים עין כיצד העבודה שלנו יכולה לענות על כמה מהתעלומות שמאחורי האופן שבו החיים התפתחו. לדעתי, הדרך הטובה ביותר להנדס מערכות אנדוזימביוטיות תהיה על ידי יצירה מחדש של תהליך האבולוציה במעבדה. מציאת תשובות לכמה מהביולוגיה השאלות הגדולות ביותר יבואו באופן טבעי".
במחקר זה השתתפו גם חוקרי אילינוי יאנג-לה גאו, ג'ייסון קורנויר, בידהאן דה, קתרין וואלאס, אלכסנדר אולאנוב ומייקל לה פראנו. המכונים הלאומיים לבריאות תמכו במחקר זה.
