Обнаружен редокс-переключатель ключевого фермента в биосинтезе н-бутанола
Две корейские исследовательские группы из Университета Кёнбук (KNU) и Корейского института передовых технологий (KAIST) раскрыли механизм редокс-переключателя тиолазы — ключевого фермента для производства н-бутанола бактерией Clostridium acetobutylicum, одним из наиболее известных продуцентов бутанола.
Биологическое производство н-бутанола было впервые описано Луи Пастером в 1861 году, а промышленный биопроцесс был налажен с использованием Clostridium acetobutylicum. Ферментация штаммами Clostridium считается наиболее эффективной для получения н-бутанола. В связи с глобальными проблемами энергетической безопасности и изменения климата интерес к биосинтезу н-бутанола возрождается. Н-бутанол обладает лучшими топливными характеристиками по сравнению с этанолом: более высокая энергоёмкость (29.2 МДж/л против 19.6 МДж/л), меньшая коррозионная активность и гигроскопичность, а также простота смешивания с бензином и дизельным топливом.
В статье, опубликованной 22 сентября 2015 года в журнале Nature Communications (широкопрофильный, онлайн-журнал с открытым доступом издательской группы Nature Publishing Group), профессор Кён-Джин Ким (Школа наук о жизни, KNU) и заслуженный профессор Сан Юп Ли (Департамент химической и биомолекулярной инженерии, KAIST) доказали, что редокс-переключатель тиолазы регулирует метаболический поток в C. acetobutylicum, используя методы компьютерного моделирования и симуляции.
На основе 3D-структуры природного фермента исследователи создали модифицированную тиолазу с повышенной активностью. Для усиления метаболического потока в сторону синтеза бутанола метаболическая сеть штамма C. acetobutylicum была модифицирована с использованием этого фермента. Сочетание открытия 3D-структуры фермента и подходов системной метаболической инженерии привело к увеличению выхода н-бутанола у C. acetobutylicum, что позволяет сделать производство этого важного промышленного химиката экономически конкурентоспособным.
Профессора Ким и Ли заявили: "Мы впервые сообщили о 3D-структуре тиолазы C. acetobutylicum — ключевого фермента, участвующего в биосинтезе н-бутанола. Дальнейшие исследования на основе этой 3D-структуры будут направлены на более экономичное производство бутанола".