Фермент папоротника как биотехнологический инструмент

Растения защищаются от вредителей с помощью цианида. Ферменты гидроксинитриллиазы (HNL) высвобождают токсичное вещество при повреждении тканей. Эти же ферменты важны для промышленности. Исследователи acib обнаружили новый биокатализатор в папоротнике, который превосходит все коммерчески доступные HNL-ферменты.

Защитный механизм растений

Некоторые растения (косточковые, миндаль, папоротники) защищают молодые побеги от вредителей с помощью цианистого водорода. Фермент HNL высвобождает молекулярно связанный цианид при поедании растения.

Промышленное применение HNL

В промышленности используется обратная реакция HNL-ферментов — связывание цианида с различными молекулами. Это даёт двойную пользу:

  • Утилизация отходов: переработка нежелательного цианида, образующегося при производстве акрилонитрила (сырья для полиакрилонитрила, используемого в текстиле и клеях).
  • Синтез ценных продуктов: получение строительных блоков для фармацевтических препаратов и витаминов.

Высокая специфичность HNL делает их идеальными биокатализаторами для получения ценных продуктов из недорогих предшественников.

Поиск нового фермента

Первые промышленные HNL-ферменты были разработаны в середине 1990-х в Технологическом университете Граца (TU Graz). Для удовлетворения современных требований в рамках проекта ЕС KYROBIO исследователи acib искали новые HNL-биокатализаторы.

Метод поиска: активность фермента определяли по запаху. При растирании молодого побега папоротника чувствуется запах цианистого водорода и бензальдегида (похожий на марципан), что указывает на активность HNL.

Открытие в папоротнике

За 3,5 года исследователи acib Маргит Винклер, Элиза Ланфранки и Антон Глидер изучили структуру, произвели и протестировали активность перспективных ферментов. Наиболее эффективный фермент был обнаружен в коммерчески доступном папоротнике «заячья лапка» (Davallia fejeensis). Штирийский папоротник-орляк также показал активность и изучается.

Ключевые преимущества нового фермента:

  • Чрезвычайно высокая активность даже без оптимизации.
  • Более эффективен и прост в обращении, чем ранее используемые ферменты, благодаря небольшому размеру и простой структуре.

Перспективы применения

Результаты создают основу для промышленного использования. Спектр применений широк: от средств защиты растений до производства репеллентов против комаров.

Метод биопоиска ферментативной активности, использованный acib, был недавно опубликован в журнале Current Biotechnology.