Ученые из Японии разработали фермент, который генерирует ванилин из феруловой кислоты растительного происхождения, сообщили в Токийском университете науки (TUS).
Работу провели профессор Тошики Фуруя с кафедры прикладной биологии факультета науки и технологий Токийского университета науки и его аспиранты Шизука Фудзимаки и Сацуки Сакамото.
«Феруловая кислота, сырье, представляет собой соединение, которое в изобилии можно получить из сельскохозяйственных отходов, таких как рисовые и пшеничные отруби. Ванилин получают простым смешиванием феруловой кислоты с разработанным ферментом при комнатной температуре. Таким образом, установленная технология может предоставить простой и экологически чистый метод производства вкусоароматических соединений», — объясняет профессор Фуруя.
Исследователи использовали методы генной инженерии, чтобы изменить молекулярную структуру фермента Ado, который изначально представляет собой фермент оксидазу, присоединяющий атом кислорода к субстрату – изоэвгенолу. В нативном состоянии он не обладает способностью превращать феруловую кислоту в ванилин. Используя анализ структурного моделирования, исследователи смогли предсказать изменения аминокислот в Ado, которые сделают возможным его взаимодействие с феруловой кислотой. На этих линиях они провели серию экспериментов по замене аминокислотных остатков фенилаланина и валина в определенных положениях структуры Ado на различные другие аминокислоты, и продолжили исследования различных сконструированных мутантных белков.
После нескольких проб и ошибок они обнаружили, что мутантный белок, в котором только три специфических остатка фенилаланина и валина заменены на тирозин и аргинин, стабильно реагирует с феруловой кислотой и проявляет высокую конверсионную активность.
Примечательно, что сконструированный фермент не требовал каких-либо кофакторов для преобразования, в отличие от других оксидаз, и производил ванилин в масштабе грамма на литр реакционного раствора с высокой каталитической эффективностью и сродством.
Реакция требовала только смешивания фермента, феруловой кислоты и воздуха (молекулярного кислорода) при комнатной температуре, что технологию ее простым, устойчивым и экономически масштабируемым процессом. Кроме того, молекулярно развитый фермент также проявлял конверсионную активность по отношению к п-кумаровой кислоте и синапиновой кислоте, которые представляют собой соединения, полученные в результате разложения лигнина – распространенных сельскохозяйственных отходов.
До сих пор ни один фермент микробного или растительного происхождения не продемонстрировал способности превращать феруловую кислоту в ванилин в промышленном масштабе. Таким образом, фермент, разработанный в текущем исследовании, демонстрирует значительный потенциал для обеспечения коммерческого и экономически выгодного производства натурального ванилина.
«Использование потенциала микроорганизмов и ферментов для получения ценных соединений из возобновляемых растительных ресурсов предлагает устойчивый подход к минимизации воздействия на окружающую среду. Теперь вместе с компанией-партнером наши исследовательские усилия направлены на достижение реального производства ванилина за счет использования недавно разработанного фермента», – заключил профессор Фуруя.
Источник: agroxxi.ru
