Учёные запрограммировали «масляную фабрику» микроводорослей для производства различных масел

Учёные из Центра изучения отдельных клеток (QIBEBT) Китайской академии наук, объединив «шасси» маслопродуцирующих микроводорослей с генами растения Cuphea, превратили водоросли в микробную клеточную фабрику, способную производить масла с разными свойствами.

Исследование опубликовано в Metabolic Engineering 3 апреля.

Масла состоят из жирных кислот, которые, в свою очередь, частично состоят из цепочек атомов углерода. Длина этих углеродных цепей влияет на физические свойства жирной кислоты и, следовательно, на свойства масла. Теперь исследователи могут программировать водорослевую «фабрику», заставляя водоросли производить жирные кислоты разной длины.

Маслянистые микроводоросли часто являются привлекательными кандидатами на роль «клеточных фабрик» из-за их высокой скорости размножения и способности производить большие объёмы жирных кислот.

Однако длина цепи жирных кислот, производимых этими самовоспроизводящимися фотосинтезирующими фабриками, очень жёстко специфична для данного вида. Как правило, один тип микроводорослей хорошо производит жирные кислоты определённой длины, но не другие.

У микроводорослей жирные кислоты синтезируются особым типом фермента — синтазой жирных кислот (FAS). А длина цепи этих кислот, в свою очередь, определяется действием другого фермента — ацил-АСР-тиоэстеразы (TE). Разные типы TE из разных видов специализируются на разных длинах цепей.

«Это далеко от идеала для продуктивно-гибкой клеточной фабрики, которая должна по требованию производить множество длин цепей для различных промышленно значимых жирных кислот, так как вам постоянно придётся менять вид, который занимается производством», — пояснил Ван Циньтао, первый автор исследования.

Исследовательская группа обнаружила, что у микроводоросли Nannochloropsis oceanica (N. oceanica) есть ферментативный путь TE, который может варьировать длину цепи для производства трёх вариантов более длинных жирных кислот, но не может производить жирные кислоты средней длины.

Поэтому они добавили гены для аналогичного ферментативного пути TE из растения Cuphea — того, который хорошо усиливает производство жирных кислот со средними цепями. Протеин-инженеры под руководством Фэн Яньбиня и Сюэ Сона, ныне работающих в Даляньском технологическом университете, настроили ферменты так, чтобы можно было производить жирные кислоты другой длины цепи. Род Cuphea включает многие виды растений, также известные своими маслопродуцирующими способностями.

Объединив ферменты, команда показала, что можно увеличивать и уменьшать длину цепи жирных кислот в широком диапазоне желаемых значений внутри «фабрики» N. oceanica.

Исследователи надеются, что эта базовая структура ускорит разработку масел с заданной длиной цепи жирных кислот у других видов Nannochloropsis и других маслянистых микроводорослей.

«Непосредственно превращая CO₂, солнечный свет и морскую воду в масла с заданными свойствами, такие клеточные фабрики на основе микроводорослей являются углеродно-негативными. Таким образом, их крупномасштабное культивирование может помочь спасти нашу планету от глобального потепления», — добавил Сюй Цзянь, директор Центра изучения отдельных клеток и один из старших авторов исследования.