Бактерии научили синтезировать важный алкен

Исследователи из Великобритании научили кишечную палочку производить гепта-1,3,5-триен – соединение, используемое в химической индустрии. Авторы работы, опубликованной в ACS Synthetic Biology, надеются, что предложенный ими метаболический путь станет экологичной альтернативой получению этого вещества из ископаемого топлива.

Полиненасыщенные алкены находят применение в производстве фармацевтических средств и синтезе полимеров, и сейчас эти вещества получают из ископаемого топлива. Взамен этому способу ученые ищут возобновляемую альтернативу.

Один из доступных вариантов – применить методы метаболической инженерии. Исследователи уже научились заставлять бактерии производить некоторые необходимые людям вещества (в том числе и несвойственные для этих бактерий), или же наоборот, расщеплять ненужные (например, полиэтилен). Для этого ученые могут сверхэкспрессировать необходимые гены в бактериях, блокировать конкурирующие метаболические пути, или экспрессировать гены, свойственные другим микроорганизмам, а также применять методы ферментной инженерии. Постоянно ведутся работы по расширению списка веществ, которые можно получить при помощи методов метаболической инженерии. 

Существуют ферменты декарбоксилазы, способные превращать ненасыщенные карбоновые кислоты в соответствующие алкены. Также было показано, что бактерия Pantoea agglomerans в естественном процессе биосинтеза андримида, важного для ее обмена веществ соединения, в качестве промежуточного соединения вырабатывает  производное от 2,4,6-октатриеновой кислоты вещество. Совместив эти факты, ученые из Манчестерского университета группы Дэвида Лейса (David Leys) придумали, как научить кишечную палочку E.coli синтезировать гепта-1,3,5-триен, одного из представителей полиненасыщенных алкенов.

Для начала биологи удалили из кластера генов P. agglomerans, необходимых для синтеза андримида, семь генов (что составило треть всего кластера), и ввели оставшуюся конструкцию в клетки кишечной палочки. Таким образом удалось наработать 2,4,6-октатриеновую кислоту с концентрацией 14.7±2.0 миллиграмм на литр. Интересно, что авторы работы попытались увеличить выход продукта преобразованием генетической конструкции, но в результате получили обратный результат – полное отсутствие вещества. Исследователи предположили, что существуют какие-то элементы, еще им не известные, которые управляют синтезом кислоты, и это предстоит узнать в будущих экспериментах.

Далее ученые совместили полученную работающую конструкцию с геном декарбоксилазы из грибных клеток. Получение гепта-1,3,5-триена подтвердила газовая хроматография, сопряженная с масс-спектрометрией. По оценкам исследователей, концентрация продукта составила 3.4±0.3 миллиграмм на литр. Авторы работы считают, что показали важный пример производства ненасыщенных углеводородов in vivo. 

Экспериментировать над кишечными палочками любят не только биологи и химики, но и физики. Например, испанские ученые порвали клетку кишечной палочки. 

Вера Сысоева