Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Chalmers, Đan Mạch đã tác động đến sự thay đổi trong quá trình trao đổi chất từ lên men sang hô hấp của vi khuẩn E.coli và men làm bánh bằng cách tối ưu hóa các điều kiện lên men. Sự thay đổi này có nghĩa là các tế bào có thể được huy động tham gia sản xuất nhiều năng lượng bên trong hơn (ATP).
Các nhà khoa học đã nghiên cứu quá trình trao đổi chất của E. coli và nấm men làm bánh thông qua sử dụng các mô hình toán học và thí nghiệm sinh học. Nghiên cứu đã được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia (PNAS).
Các tế bào liên tục tạo ra các phân tử năng lượng cao được gọi là ATP từ đường glucose. ATP là “thực phẩm” được các enzyme trong tế bào tiêu thụ. Các enzyme sử dụng năng lượng này để tạo nên sinh khối hoặc làm các nhiệm vụ khác trong tế bào. Càng có nhiều ATP, vi khuẩn hoạt động càng tốt hơn trong quá trình lên men.
Sử dụng phương pháp tính toán, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng ATP có thể được tạo ra bởi một trong hai con đường: đường hô hấp cho năng suất cao dẫn đến 23,5 ATP trên mỗi phân tử glucose hoặc con đường lên men năng suất thấp, chỉ tạo ra 11 ATP trên mỗi phân tử glucose.
Hai con đường bổ sung cho nhau, nhưng các nhà nghiên cứu có thể thay đổi sự cân bằng tự nhiên giữa hai con đường bằng cách thay đổi các điều kiện của quá trình lên men và lượng đường và protein có sẵn. Hơn nữa, họ đã chứng minh con đường năng suất cao cần khối lượng protein nhiều hơn con đường năng suất thấp để tiêu thụ glucose với cùng tốc độ.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng làm cho một số enzyme quan trọng hoạt động tốt hơn có nghĩa là các tế bào đã thay đổi từ thực hiện chuyển hóa lên men năng suất thấp sang hô hấp thông qua chuyển hóa hô hấp năng suất cao. Sự thay đổi này dẫn đến tạo ra nhiều ATP nội bào, nhưng cũng tránh được sự tích tụ của các sản phẩm phụ lên men; acetate trong E. coli và ethanol trong men làm bánh.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã chứng minh các tế bào thực hiện tốt nhất vai trò khi sử dụng cả hai con đường, không chỉ con đường năng suất cao và nhiều protein có sẵn nghĩa là hiệu quả hơn trong một con đường nhất định. Vì vậy, giải pháp cho các tế bào
hoạt động tốt hơn trong quá trình lên men không phải là bất hoạt con đường lên men, mà là phân bổ nhiều protein hơn cho con đường năng suất cao.
N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190823140712.htm,