Роль АТФ в биопроизводстве: Колебания клеточной энергии влияют на выход продукции

Инженеры из Вашингтонского университета в Сент-Луисе исследовали роль аденозинтрифосфата (АТФ) в метаболизме микробов, используемых в биопроизводстве. АТФ — основная энергетическая «валюта» клетки, но его уровень в производственных микроорганизмах сильно колеблется.

Исследование под руководством профессора Фучжона Чжана показало, как динамика АТФ связана с ростом микробов, качеством питательных веществ и выходом целевых продуктов. Результаты опубликованы 21 июня в Nature Communications.

Ключевые выводы:

• Используя генетически закодированный АТФ-биосенсор, ученые обнаружили, что разные источники углерода приводят к разной динамике АТФ.
• Для E. coli самый высокий уровень АТФ вызывала уксусная кислота (ацетат), что неожиданно, так как ацетат обычно считается побочным продуктом метаболизма глюкозы.
• Для промышленного штамма Pseudomonas putida предпочтительным источником оказалась жирная кислота олеат.
• Подача P. putida жирных кислот значительно увеличила содержание, выход и продуктивность биопластика полигидроксиалканоата (PHA).

Практическое применение:

• Использование ацетата в качестве сырья для E. coli повысило уровень АТФ и усилило выход целевых продуктов. Это перспективно, так как разрабатываются методы преобразования CO₂ в ацетат.
• АТФ-биосенсор помог понять, как производство лимонена (возобновляемого растворителя или авиатоплива) истощает запасы АТФ, снижая рост клеток и выход продукта. Это позволяет регулировать экспрессию ферментов для поддержания высокой продуктивности.

«Эта работа не только проясняет связь между динамикой АТФ и биопроизводством, но и предлагает простую стратегию для его усиления — выбор сырья, благоприятного для синтеза АТФ», — отметил Фучжон Чжан.