Крахмал из дрожжей

Исследователи из ETH Zurich впервые получили крахмал в дрожжах — нерастительном организме. Новая модельная система упрощает изучение процесса образования крахмала и роли участвующих в нём ферментов. В будущем дрожжи могут использоваться для тестирования специфических модификаций крахмала.

Крахмал производят только растения и водоросли. Теперь его можно производить и в дрожжах — по крайней мере, в лабораторных дрожжах группы профессора биохимии растений ETH Zurich Самуэля Цимана. Исследователям удалось внедрить в дрожжи механизм, который растения используют для создания этой запасной формы глюкозы.

Перенос растительных ферментов

Для этого Барбара Пфистер, ведущий исследователь проекта, взяла «чертежи» семи различных ферментов, участвующих в синтезе крахмала, из генома резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Их внедрили в геном дрожжей, из которого также удалили все ферменты, участвующие в синтезе гликогена (запасной формы глюкозы у дрожжей), чтобы они не мешали синтезу крахмала.

Всего было создано более 200 штаммов дрожжей: одни со всеми семью ферментами, другие — с различными сокращёнными наборами. Соответственно, штаммы производили либо крахмал, близкий к крахмалу Arabidopsis, либо не производили его вовсе, либо создавали продукты с разной степенью модификации.

Крахмал окольным путём

«Синтез крахмала — нелинейный процесс, — объясняет Циман. — Если одного фермента нет, оставшиеся всё равно работают и создают немного другой продукт». Исследователи показали, что в зависимости от комбинации других ферментов синтез крахмала может работать и без деветвящих ферментов. Ранее считалось, что эти ферменты, удаляющие избыточное ветвление в сахарных цепях, незаменимы для образования крахмала.

«Пока дрожжевая система — исключительно исследовательский инструмент», — говорит профессор. Она позволяет моделировать и влиять на синтез крахмала, а также детальнее изучать роль отдельных ферментов и формирование сложной структуры крахмала. «Такие исследования в дрожжах проходят гораздо быстрее и проще, чем в растениях», — подчёркивает Циман.

Новое направление с дрожжами

Этот проект, финансируемый SNF, стал первым опытом работы группы Цимана с дрожжами. «Всё сработало remarkably well», — говорит он. Теперь группа планирует использовать дрожжевую систему для более детального исследования синтеза крахмала на системном уровне, начав сотрудничество со специалистами по математическому моделированию для создания компьютерной модели процесса.

Крахмал — важный компонент пищевых продуктов (кукуруза, рис, картофель). Он представляет большой интерес для производства биоразлагаемых материалов и используется во многих неожиданных областях, например, в покрытиях для бумаги. Поэтому крахмал постоянно оптимизируют для различных применений.