Команда корейских исследователей модифицировала обычные бактерии, которые питаются глюкозой и преобразуют ее в материал, который по свойствам напоминает пластик, но не вредит окружающей среде.
Ученые изучили, как бактерии хранят энергию в неблагоприятных условиях. Когда у микробов достаточно углерода, но не хватает других питательных веществ для размножения, они соединяют небольшие молекулы в полимеры. При улучшении условий бактерии просто разрушают эти полимеры и используют их компоненты.
Удивительная особенность этой системы — ее гибкость. Фермент PHA-синтеза, отвечающий за создание полимеров, работает с разными молекулами. Ученые уже обнаружили более 150 различных веществ, которые бактерии могут включать в свои полимеры.
Исследователи сосредоточились на модификации двух ключевых ферментов. Первый — из бактерии Clostridium — помогает связывать аминокислоты с коферментом А. Второй — из Pseudomonas — соединяет эти молекулы в полимер. Команда внесла четыре мутации во второй фермент, расширив спектр молекул, с которыми он взаимодействует.
Для практического применения ученые внедрили эти ферменты в бактерию E. coli. Один из ферментов оказался слегка токсичным для бактерий, но исследователи вывели штамм, устойчивый к нему. Модифицированные микробы начали производить полимеры из аминокислот. Чтобы увеличить выход полимера, ученые добавили дополнительные гены для производства конкретной аминокислоты (лизина). Это повысило количество полимера и увеличило содержание лизина в нем. В полимерах присутствовала молочная кислота — побочный продукт метаболизма глюкозы. Исследователи отключили ген, ответственный за ее производство, что снизило содержание молочной кислоты в полимере.
Система позволяет создавать полимеры с разным составом и свойствами. Можно получить материал, состоящий из двух разных аминокислот или включающий другие химические соединения. Ученые довели выход полимера до 50% от массы бактерий.
Главное преимущество этого метода — биоразлагаемость полученных материалов. Поскольку полимеры созданы с помощью ферментов, природа сможет их разрушить.
Однако существуют и ограничения. Невозможно полностью контролировать состав полимера — фермент всегда добавляет случайные молекулы из клеточного метаболизма. Требуется очистка полимера от других клеточных компонентов перед использованием в производстве. Процесс также медленнее промышленного производства обычного пластика. Несмотря на эти трудности, исследование демонстрирует потенциал биотехнологического производства пластика. В будущем бактерии могут помочь создать экологичные материалы и снизить зависимость от нефти.
Источник: mail.ru
