Улучшение "памяти" микробов для переработки избытка CO₂
Некоторые микробы могут вызывать болезни или портить пищу, но другие критически важны для выживания. Эти микроорганизмы также можно модифицировать для производства определённых молекул. Исследователи, сообщающие в ACS Sustainable Chemistry & Engineering, перепрограммировали один такой микроб, чтобы помочь справиться с парниковыми газами в атмосфере: он поглощает диоксид углерода (CO2) и производит мевалонат — полезный строительный блок для фармацевтических препаратов.
Растущая концентрация парниковых газов в атмосфере привела к глобальному потеплению. Чтобы начать решать проблему, необходимо значительно сократить выбросы, включая CO2. Кроме того, уже накопленный CO2 нужно удалять.
Методы улавливания CO2 находятся в разработке, и один из перспективных вариантов предполагает использование микробов. Генетическая инженерия может изменить их естественные биосинтетические пути, превратив микробы в миниатюрные живые фабрики, способные производить различные вещества, например, инсулин.
Одним из потенциальных микробных "заводов" является бактерия Cupriavidus necator H16. Она предпочтительна благодаря своей неприхотливости к питанию. Поскольку она может выживать практически только на CO2 и газообразном водороде, эта бактерия — отличный кандидат для захвата и преобразования газов в более крупные молекулы. Однако, хотя ДНК микроба можно перепрограммировать для производства нужных продуктов, он плохо "помнит" эти новые инструкции с течением времени.
Научно говоря, плазмиды (генетические инструкции) относительно нестабильны. Каталин Ковач и её коллеги хотели выяснить, можно ли улучшить способность C. necator "запоминать" новые инструкции и производить полезные углеродные строительные блоки из газа CO2.
Команда занялась переделкой биохимических путей C. necator, отвечающих за преобразование CO2 в более крупные шестиуглеродные молекулы. Ключом к повышению стабильности плазмиды является фермент RubisCo, который позволяет бактерии утилизировать CO2.
По сути, новая плазмида была связана с этим ферментом. Если клетка "забывала" новые инструкции, она теряла способность производить RubisCo и погибала. В то же время оставшиеся клетки с лучшей "памятью" выживали и размножались, передавая плазмиду.
В тестах вновь созданные микробы производили значительно больше шестиуглеродной молекулы мевалоната по сравнению с контрольным штаммом. Мевалонат является молекулярным строительным блоком для различных веществ как в живых, так и в синтетических системах, включая холестерин и другие стероидные молекулы с фармацевтическим применением. Фактически, это исследование позволило получить рекордное на сегодняшний день количество мевалоната из CO2 или других одноуглеродных реагентов с использованием микробов.
Исследователи заявляют, что эта система фиксации углерода является более экономически целесообразной, чем предыдущие системы с участием C. necator, и её можно расширить на другие микробные штаммы.