Использование дрожжей для создания альтернативных нефтехимических процессов

Ученые ищут более эффективные и чистые способы получения энергии и материалов. Перспективной альтернативой традиционным нефтехимическим процессам, создающим парниковые газы и отходы, могут стать биологические системы.

Исследование под руководством Майкла Джуэтта из Северо-Западного университета и Хала Альпера из Техасского университета в Остине позволило лучше понять биохимические пути и повысить скорость химического производства биосистемами. Это приближает нас к созданию устойчивых альтернатив для синтеза материалов, топлива и других продуктов из нефти.

Статья «An Integrated In Vivo/In Vitro Framework to Enhance Cell-Free Biosynthesis with Metabolically Rewired Yeast Extracts», опубликованная 26 августа в журнале Nature Communications, описывает разработку оптимизированных процессов in vitro биосинтеза. В них используются клеточные экстракты из генетически модифицированных штаммов Saccharomyces cerevisiae (пекарских дрожжей).

• S. cerevisiae — хорошо изученная и контролируемая платформа для биохимического производства, которую можно использовать не только в пивоварении, но и для синтеза множества целевых молекул.
• Однако в живых клетках существует «конфликт» между ростом клетки и производством нужного продукта.
• Группа Джуэтта обходит эти ограничения, используя бесклеточные системы: биологические механизмы извлекаются из клеток, что позволяет оптимизировать параметры, которые сложно настроить в живых организмах.

Ранее в таких системах в основном использовались экстракты неизмененных штаммов E. coli. В новой работе ученые:

1. Применили экстракты из S. cerevisiae.
2. Использовали методы метаболического инжиниринга клеток, чтобы повысить биосинтетический потенциал бесклеточных реакций.

Результат: экстракты из метаболически перепрограммированных клеток показали более высокий объем продукции, чем экстракты из дикого типа (неизмененных) и соответствующие культуры живых клеток.

Ключевой показатель: бесклеточное производство трех химических продуктов (бутандиола, глицерина, итаконовой кислоты) достигало скорости в 10 раз выше, чем в соответствующих клеточных подходах.

«Это может расширить спектр биологических платформ, лежащих в основе усилий по обеспечению устойчивого развития», — отметил Блейк Расор, соавтор исследования.

«Наша работа расширяет область науки, которая стремится использовать бесклеточные системы для проектирования клеточных функций, производства биопродуктов по требованию и портативной диагностики», — сказал Майкл Джуэтт.

Следующие шаги: развитие этой стратегии для прототипирования метаболических путей и бесклеточного производства, чтобы дополнить существующие клеточные методы. Масштабирование реакций может привести к созданию устойчивой и экономически жизнеспособной альтернативы современным химическим производствам.

Финансирование: Программа развития новых технологий (ETOP) Объединенного института генома Министерства энергетики США.