Ученые заставили бактерии производить пластик

Группа корейских исследователей разработала штамм бактерий, способный синтезировать полезный полимер, используя в качестве единственного источника питания глюкозу. Их система основана на ферменте, который бактерии используют в условиях ограниченного питания, и может быть модифицирована для производства широкого спектра полимеров.

Исследователи сосредоточились на системе, используемой бактериальными клетками для производства полигидроксиалканоатов (PHAs). Эти химические соединения образуются, когда бактерии имеют достаточное количество источников углерода и энергии, но испытывают дефицит других необходимых питательных веществ для роста и деления. В таких условиях клетка связывает вместе мелкие молекулы, содержащие несколько атомов углерода, образуя гораздо более крупный полимер. Когда условия питания улучшаются, клетка может просто расщепить полимер и использовать отдельные молекулы, которые он содержит.

Удивительно, что эта система не слишком привередлива к виду молекул, которые она связывает в полимер. На сегодняшний день было обнаружено более 150 различных мелких молекул, включенных в PHAs. Кажется, что фермент, который производит полимер, PHA-синтаза, заботится только о двух вещах: может ли молекула образовать эфирную связь (PHAs - это полиэфиры) и может ли она быть связана с молекулой, которая обычно используется в качестве промежуточного продукта в биохимии клетки, коферментом А. Обычно PHA-синтаза образует связи между молекулами, проходящими через атом кислорода. Однако также возможно образовать связанное химическое звено, которое вместо этого проходит через атом азота, как и у аминокислот.

Исследователи решили проверить, можно ли заставить существующие ферменты делать то, что они обычно не делают. [...]

В целом, созданная ими система чрезвычайно гибкая и способна включать огромное количество химических веществ в полимер. Это позволит им настроить получаемый пластик в широком диапазоне свойств. И учитывая, что связи образовывались с помощью фермента, полученный полимер почти наверняка будет биоразлагаемым. Однако есть и некоторые недостатки. Процесс не позволяет полностью контролировать то, что включается в полимер. Вы можете настроить его для получения определенной смеси аминокислот или других химических веществ, но вы не можете полностью остановить фермент от включения случайных химических веществ из метаболизма клетки в полимер на каком-то уровне. Также существует проблема очистки полимера от всех остальных компонентов клетки перед использованием его в производстве. Производство также относительно медленное по сравнению с крупномасштабным промышленным производством.

Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.