Металлосборщик из бактерий

Бактерии, грибы и растения иногда производят металлосвязывающие вещества, которые можно использовать, например, для добычи сырья, его разделения, очистки почв или в медицинских целях.

Профессор Дирк Тишлер, руководитель исследовательской группы микробной биотехнологии в Рурском университете Бохума, в статье в Natural Product Reports от 19 мая 2020 года описывает, как эти природные вещества или их модифицированные полуискусственные варианты можно производить в соответствии с генетической информацией.

Как извлекать металлы из окружающей среды

Микроорганизмы, такие как грибы и бактерии, а также растения, генерируют широкий спектр химических веществ, не являющихся абсолютно необходимыми для их выживания. Такие так называемые вторичные метаболиты обычно образуются в ответ на текущие условия окружающей среды. К ним относятся металлосвязывающие молекулы — хелаторы. Наиболее изученная группа хелаторов — сидерофоры, связывающие железо. Они важны для многих метаболических процессов, поскольку железо является важным компонентом многих ферментов и сигнальных путей. Например, патогенные бактерии используют сидерофоры для извлечения железа из организма хозяина для своего метаболизма. Хозяин при этом может страдать от дефицита железа. Но сидерофоры также используются почвенными бактериями, которые таким образом получают доступ к железу и получают преимущество перед другими организмами в той же среде обитания. Помимо специфичных для железа хелаторов, существует ряд других — для различных металлов и металлоидов, таких как цинк, ванадий, молибден или даже оксиды урана.

Множество потенциальных применений

«Такие хелаторы имеют множество потенциальных применений, — объясняет Тишлер. — Их можно использовать, например, для ремедиации почв, селективного извлечения или разделения сырья, в биосенсорике или медицине». В медицинских приложениях сидерофоры используются для лечения перегрузки организма железом — расстройства, известного как «болезнь накопления железа».

За последние годы его исследовательская группа вместе с другими командами выявила дополнительные штаммы, образующие хелаторы, и описала новые структуры. Им также удалось расшифровать генетическую информацию для образования этих веществ и внедрить её в легко управляемые организмы, такие как бактерии Escherichia coli. Эти бактерии затем служат производителями требуемых природных веществ или модифицированных веществ. «Так мы можем создавать полуискусственные соединения», — говорит Тишлер.

Биосинтез предшественников

В обзорной статье он описывает различные природные хелаторы и их способность связывать металлы и металлоиды, а также рассматривает текущие и потенциальные будущие применения. «В настоящее время мы используем полученные знания для создания искусственных биосинтетических путей, которые позволяют нам генерировать и характеризовать предшественники сидерофоров», — заключает Тишлер. Эти предшественники впоследствии будут химически модифицированы, чтобы получить доступ к новым классам лекарств.