Учёные создали бактерии, производящие два ценных продукта из растительных волокон

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон создали генетически модифицированные бактерии, способные одновременно производить два химических продукта из недоиспользуемых растительных волокон (лигнина). Это открытие может сделать производство биотоплива более устойчивым и экономически выгодным.

Преодоление барьера лигнина

Одним из главных препятствий является лигнин — самый распространённый в мире источник возобновляемых ароматических углеродов, но его нерегулярная структура затрудняет расщепление на полезные компоненты.

Учёные из Центра биоэнергетики Великих озёр (GLBRC) изучали бактерию Novosphingobium aromaticivorans (Novo), которая может переваривать многие компоненты лигнина и легко поддаётся генетической модификации.

Создание мультизадачного микроба

Ранее исследователи уже создали штамм Novo, производящий PDC — ключевой компонент пластиков, таких как нейлон и полиуретан. Позже команда под руководством Тима Доногью разработала модификацию для производства другого ингредиента пластика — ccMA.

Используя геномное моделирование, учёные определили список потенциальных продуктов из биомассы. Вверху списка оказался зеаксантин — органический пигмент из группы каротиноидов, используемый в пищевых добавках, фармацевтике и косметике с совокупной рыночной стоимостью в десятки миллиардов долларов в год.

Исследователи изменили гены Novo, чтобы остановить метаболический конвейер на стадии производства ценного зеаксантина. Они создали штаммы, производящие также другие каротиноиды — бета-каротин, ликопен и астаксантин — при выращивании на ароматических соединениях лигнина.

Двойное производство

Затем учёные объединили генетические изменения для производства PDC и каротиноидов в одном микроорганизме.

Полученные штаммы производили оба продукта без потери выхода. Бактерии накапливали каротиноиды внутри клеток, а PDC секретировали в среду, что упрощает разделение продуктов.

"В принципе, эта стратегия снижает чистые выбросы парниковых газов и улучшает экономику", — говорит Тим Доногью. "Количество энергии и парниковых газов, необходимое для производства двух продуктов в одном реакторе, будет меньше, чем для работы двух реакторов, производящих по одному продукту в каждом".

Следующие шаги — тестирование одновременного производства каротиноидов и ccMA, а также повышение выхода в промышленных условиях.