Использование синтетической биологии для совместного производства высокоценных терпеноидных биоматериалов и биотоплива в растениях

Ученые из Университета штата Мичиган разработали инструменты синтетической биологии для совместного производства высокоценных соединений в растениях. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Терпеноиды — крупнейший класс природных соединений в растениях, используемых человеком тысячи лет. Их современное применение широко: от фармацевтики, парфюмерии, нутрицевтиков, биопестицидов до химического сырья. Однако в промышленных масштабах накопление терпеноидов в растениях низкое, а добыча некоторых видов диких растений поставила их под угрозу исчезновения.

Исследователи изучили новые стратегии для устойчивого производства высокоценных терпеноидных биоматериалов. Работа основана на исследованиях растительных масел и липидов, которые позволили увеличить содержание масла в листьях — ресурса для биотоплива. Масло хранится в клетках в небольших липидных каплях, окруженных липидным слоем с белками.

Исследование показывает, что липидные капли сами могут служить платформой для производства терпеноидов. Ученые использовали белок с поверхности липидной капли микроводоросли, чтобы закрепить различные ферменты синтеза терпеноидов на поверхности растительных липидных капель.

Направление отдельных этапов синтеза терпеноидов к липидным каплям приводит к эффективному производству терпеноидов, которые оказываются в них захвачены.

Эксперименты проводились в лабораторных масштабах на родственнике табака, Nicotiana benthamiana. Однако конечная цель — производство промышленно значимых терпеноидов в высокоурожайных биомассовых культурах, таких как просо прутьевидное (switchgrass).

Особенность системы в том, что после разрушения растительных клеток можно легко собрать липидные капли (масло) вместе с терпеноидами для совместного использования (например, в парфюмерии или специальных биотопливах) или разделить их для получения чистых соединений.