Использование клеточной энергии для решения глобальных проблем

Исследовательская группа Хосе Авалоса считает, что сложная работа в области биоинженерии может стать ключом к решению глобальных проблем в области возобновляемой энергии и устойчивого производства.

"Наш разум занят биотехнологиями, но наши сердца стремятся помочь улучшить здоровье планеты", — говорит Авалос, доцент кафедры химической и биологической инженерии Центра энергетики и окружающей среды Эндлингера.

Авалос и его команда используют набор инструментов, включая светоактивируемые гены, для изменения метаболизма дрожжей и бактерий. Эти модифицированные микроорганизмы производят целевые химические вещества, такие как топливо, товарные химикаты и прекурсоры лекарств. Главная цель — сократить, а в конечном итоге и вовсе устранить нашу зависимость от нефти, традиционного сырья для этих материалов.

"Мы хотим двигаться к концепции 'биоэкономики', где загрязняющие ископаемые виды топлива заменяются углеродно-нейтральными биологическими процессами", — заявил Авалос.

Изобутанол более энергоемок и удобен для использования в транспортных средствах, чем сегодняшний стандартный биотопливо — этанол. Однако он более токсичен для дрожжей, что ограничивает его производство. В исследовании, опубликованном в журнале Cell Systems, команда Авалоса раскрыла фундаментальный механизм токсического действия изобутанола. Они обнаружили, что в его присутствии дрожжи ведут себя так, будто голодают, даже находясь в питательной среде, что заставляет их замедлять рост и метаболизм. Команда нашла ключевой ген, который управляет этой реакцией на голод. Простое удаление этого гена позволило дрожжам противостоять ядовитому действию химиката и производить изобутанол на гораздо более высоком уровне.

Погружение в детали устройства микробных клеток, от органелл до ферментов и метаболизма, является отличительной чертой лаборатории Авалоса.

Исследователи в его группе модифицируют микроорганизмы, в основном дрожжи, для устойчивого производства топлива и химикатов. Команда работает над тонкой настройкой контроля микроорганизмов, чтобы включать и выключать гены, а также направлять кодируемые этими генами ферменты в специальные компартменты клетки.

"Наша цель — сделать клетки более продуктивными, а возобновляемое топливо более конкурентоспособным по сравнению с ископаемым", — сказал Авалос. "Мы пытаемся снизить затраты, и делаем это в клетках, контролируя, когда и где экспрессируются эти гены".