Учёные создали перспективный микроорганизм для производства предшественника экологичного авиатоплива

Устойчивое авиационное топливо из возобновляемых источников углерода может сократить выбросы CO₂ и смягчить изменение климата. Изопренол — это химическое соединение, участвующее в производстве биокомпонента для реактивного топлива под названием 1,4-диметилциклооктан (DMCO). Компоненты — это химические вещества, которые смешивают с другими для создания топлива. Исследователи уже производили изопренол в нескольких микробных системах.

Однако усилия по созданию устойчивого авиатоплива выиграли бы, если бы изопренол можно было производить в микроорганизмах, использующих ферментируемые сахара из растительного материала в качестве источника углерода. Бактерия Pseudomonas putida (P. putida) могла бы стать таким микроорганизмом, но её необходимо модифицировать для оптимальной работы. В этом исследовании учёные использовали передовые вычислительные инструменты для инженерии P. putida с целью производства изопренола.

Статья опубликована в журнале Metabolic Engineering.

Подход и результаты

Исследователи использовали компьютерное моделирование для прогнозирования мишеней для редактирования генов и оптимизации метаболизма P. putida с целью максимизации производства изопренола. Этот подход позволил отобрать и расставить приоритеты для мишеней генного редактирования и, следовательно, протестировать меньшее количество модифицированных штаммов.

Был применён комплекс методов:

• Вычислительное моделирование: Использование нескольких подходов на основе моделей метаболизма в масштабе генома для прогнозирования и приоритизации мишеней для нокаута генов, повышающих выход изопренола.
• Генная инженерия: Применение известных генетических модификаций для дальнейшего улучшения производства.
• Протеомика: Использование для оптимизации процесса.

Достижения и перспективы

Исследование достигло титра производства изопренола в 3,5 грамма на литр — это самый высокий показатель, зарегистрированный для P. putida. Учёные заключили, что оптимизация пути синтеза привела к 10-кратному улучшению производства изопренола в P. putida.

Для промышленного применения выход изопренола необходимо дополнительно повышать. Коммерческое производство изопренола и DMCO в промышленных масштабах требует дополнительных улучшений, таких как внедрение редактирования генов CRISPR и других биотехнологических процессов.