Бактерии с повышенной толерантностью производят больше возобновляемого бензина

Международная команда биоинженеров повысила способность бактерий Escherichia coli производить изопентенол — соединение с желаемыми свойствами бензина. Результаты, опубликованные в онлайн-журнале mBio (American Society for Microbiology), стали важным шагом к созданию бактериального штамма для промышленного производства возобновляемого биобензина.

Хотя метаболическая инженерия для производства таких растворителей, как изопентенол, в лабораторных бактериях E. coli хорошо изучена, проблема заключается в том, что эти соединения ингибируют рост микробов. Команда под руководством Аиндрилы Мукхопадхьяй из Объединенного института биоэнергетики решила подойти к вопросу с позиций системной биологии: можно ли создать бактерии, устойчивые к производимому ими растворителю?

Повышение толерантности — ключ к достижению промышленно значимых уровней производства, требующих устойчивого штамма, способного долго работать и выдерживать накопление биотоплива.

Методология и ключевые результаты

Исследователи из США и Сингапура обработали не продуцирующий штамм E. coli изопентенолом и с помощью полногеномного анализа транскриптов mRNA определили, какие гены активировались в ответ на стресс. Из 40 выбранных генов, которые бактерии "включили" для борьбы с токсичностью, восемь улучшали рост продуцирующего штамма.

Два гена показали особый потенциал:

• MetR (регулятор биосинтеза) — увеличил производство изопентенола на 55%.
• MdlB (транспортер) — увеличил производство на 12%. При дальнейшем повышении уровня белка MdlB внутри клеток продуктивность возросла на 60% по сравнению с исходным штаммом.

Перспективы

Обнаружение транспортера MdlB особенно важно, так как он потенциально может экспортировать конечный продукт из клетки. При достаточной концентрации спирт может фазово разделяться и становиться недоступным для организма, скапливаясь поверх водной среды.

Белок MdlB является хорошим кандидатом для направленной эволюции, чтобы повысить его эффективность и специфичность для быстрого вывода изопентенола. Комбинация улучшенного транспортера с другими генами толерантности может в будущем создать штамм для промышленного производства биобензина.