Улучшенная почвенная бактерия перспективна для устойчивого производства биопластиков
Почвенная бактерия Cupriavidus necator десятилетиями привлекает внимание исследователей и промышленности. Частично потому, что в ходе биохимических реакций она превращает возобновляемое сырьё — муравьиную кислоту и диоксид углерода (CO2) — в ценные продукты, такие как биопластики.
Однако у этого есть недостаток: бактерии плохо растут на муравьиной кислоте. Они сначала сжигают её в CO2, который затем перерабатывают, затрачивая дополнительную энергию. Это довольно неэффективный обходной путь. «Это как сделать лишний круг перед стартом гонки», — говорит микробиолог Нико Клаассенс.
Исследователи из Вагенингенского университета и Института Макса Планка в Германии разработали на бумаге более умный и прямой биохимический путь, позволяющий бактерии использовать муравьиную кислоту напрямую, без ненужных промежуточных этапов. Этот подход теперь доказал свою эффективность на практике. Результаты опубликованы в Nature Microbiology.
Бо Дронселла (Институт Макса Планка) наблюдал, что в небольших культуральных сосудах бактерии дают на 15–20% больше биомассы при том же потреблении энергии. «Мы показали, что можем сделать лучше, чем природа», — говорит Клаассенс. Он добавляет: «Двадцать процентов дополнительного продукта могут показаться малыми, но это может стать разницей между экономически жизнеспособным и нежизнеспособным устойчивым процессом».
«Метаболическая пересадка сердца»
Улучшение бактерии потребовало точных генетических модификаций, или, как называет это Клаассенс, «метаболической пересадки сердца». Исследователи деактивировали гены, ответственные за исходный неэффективный метаболический путь, и вместо этого снабдили бактерию генетическими инструкциями для укороченного маршрута.
Этот процесс можно сравнить с фабрикой, где на конвейерной ленте сырьё обрабатывается роботизированными руками. Клаассенс и его коллеги заменили эти «руки» на более эффективные, что позволило производить тот же конечный продукт с меньшим количеством шагов и затрат энергии.
Cupriavidus necator уже естественным образом производит полезные соединения. В подходящих условиях она накапливает биопластики в своих клетках, иногда составляющие более половины её веса. Улучшенные бактерии в «турбо-режиме» особенно интересны исследователям.
«Дальнейшим изменением их генетики мы можем направить их на производство и других ценных соединений», — объясняет Клаассенс. Однако исследования ещё не завершены. «Сейчас мы продемонстрировали, что принцип работает».
Следующий шаг — использовать этих модифицированных бактерий для фактического производства конкретных продуктов. Стартап уже проявил интерес к использованию бактерий для производства химикатов из муравьиной кислоты.