كيف يساعد التفاعل الجديد في الإشريكية القولونية في إعادة تدوير البلاستيك وتحويله إلى باراسيتامول

كيف يساعد التفاعل الجديد في الإشريكية القولونية في إعادة تدوير البلاستيك وتحويله إلى باراسيتامول

يستخدم العلماء تفاعلًا جديدًا في الإشريكية القولونية لتحويل المواد البلاستيكية المهملة إلى أدوية منقذة للحياة، مما يمهد طريقًا مستدامًا للتصنيع الكيميائي.

أمقارنة بين استراتيجيات تكوين رابطة CN من خلال إعادة ترتيب الخسارة في الكيمياء العضوية الاصطناعية أو من خلال مسارات الكوريزمات في التمثيل الغذائي الخلوي.بالدمج المقترح لكيمياء فقدان النفايات غير الأنزيمية مع التمثيل الغذائي الخلوي من أجل التوليف المستدام وإعادة التدوير الحيوي للنفايات البلاستيكية. إل جي، تغادر المجموعة.

في دراسة حديثةنشرت في المجلةالكيمياء الطبيعيةوأظهر الباحثون تجربة فريدة تم فيها تفعيلهاالإشريكية القولونيةتحفز البكتيريا تفاعلًا كيميائيًا كلاسيكيًا ولكنه جديد:التحويل التحفيزي لهيدروكساميت الأسيل المنشط إلى أمينات.

تمثل تجربتهم طفرة في مجال التفاعلات المتوافقة حيويًا وهو حديث النشأة نسبيًا. وقد سمح للباحثين باستخدام إعادة إرسال الفقد، وهو تفاعل تحفيزي للكيمياء العضوية الاصطناعية الجديدة في الطبيعة، لتحويل النفايات البلاستيكية (البولي إيثيلين تيريفثاليت [PET]) إلى باراسيتامول. ومن خلال مزج الكيمياء الاصطناعية مع الأنظمة الحية، تعد هذه الدراسة رائدة في موجة جديدة من العمليات الحيوية التي تقوم فيها الميكروبات بإعادة تدوير نفاياتنا وتعطينا الأدوية المنقذة للحياة.

خلفية

تستخدم آلات التكنولوجيا الحيوية العالمية الميكروبات، وخاصة الإشريكية القولونية، كقوة عاملة لإنتاج العديد من المواد الكيميائية القيمة بتكلفة رخيصة وفعالية وواسعة النطاق. من المؤسف أن التكنولوجيا الحيوية التقليدية محدودة في قدرتها على التعامل مع الأدوات الجينية للميكروبات، الأمر الذي يحد بشدة من نطاق تطبيقاتها. تظل العديد من التفاعلات الكيميائية، مثل إعادة ترتيب الخسارة والخسارة، مقتصرة على مختبرات الكيمياء الاصطناعية وما يرتبط بها من عيوب قابلية التوسع.

ولمعالجة هذا القيد وتوسيع تأثير التكنولوجيا الحيوية، يكتسب مفهوم جديد نسبيا يسمى "الكيمياء المتوافقة حيويا" زخما سريعا. يجمع هذا المفهوم بين التفاعلات العضوية غير الأنزيمية البشرية والتمثيل الغذائي الخلوي الطبيعي، مما يؤدي إلى توسيع ميكروبات المواد الخام التي يمكنها إنتاجها بشكل كبير.

وفي حين أن الكيمياء المتوافقة حيوياً قد تجعل من الممكن نظرياً تحويل الميكروبات المعدلة وراثياً لتحويل النفايات إلى وقود حيوي أو حتى أدوية، فإن التحدي المعقد المتمثل في التوصل إلى كيمياء غير سامة وفعالة في ظل ظروف فسيولوجية لا بد منه. وحتى الآن، ظل تحقيق هذا التوازن الدقيق يمثل تحديًا كبيرًا.

حول الدراسة

في الدراسة الحالية، وجد الباحثون أن أيونات الفوسفات الموجودة في وسائط النمو البكتيرية القياسية يمكن أن تحفز إعادة ترتيب الفقد في ظل ظروف متوافقة بيولوجيا. وصفها فيلهلم لوسين في عام 1872، هذه التجربة التي كانت محدودة في مختبر الكيمياء الاصطناعية سابقًا تتضمن إعادة ترتيب محفز بالفوسفات لإستر فينيل هيدروكساميت إلى منتج أمين أولي.

لإعادة إنتاج إعادة ترتيب الفقد في الخلايا الحية، قام الباحثون أولاً بمزامنة ركيزة هيدروكساميت منشطة مع مجموعة شبه كربوكسيل. في الوسائط المائية M9 عند 37 درجة مئوية، يحفز الفوسفات الموجود في وسط النمو هذه الركيزة إلى شبه أمينوبنزوات (PABA)، وهو مقدمة أساسية للتخليق الحيوي لحمض الفوليك.

لقد اختبروا الإعداد باستخدام سلالات الإشريكية القولونية العوز التغذية التي تفتقر إلى جينات PABA/B (δPABB أو ΔPABA/B) أو جينات AROC، لذلك بعد إضافة الركيزة المفقودة، استأنفت البكتيريا النمو، وهي عملية تسمى "إنقاذ العصائر". يشير هذا إلى أن البكتيريا يمكنها الآن إجراء تفاعل الفقد واستخدام هذا المنتج كمصدر غذائي، ليكون بمثابة قراءة وظيفية واضحة نجح التفاعل في دمجها في استقلاب الإشريكية القولونية.

لإثبات إمكانية تطبيق هذه السلالة الجديدة من الإشريكية القولونية، أجرى الباحثون تجربتين متتاليتين: 1. الركيزة المشتقة من PET و2. تصنيع الباراسيتامول. قام الباحثون أولاً بمعالجة زجاجة من البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) وتحويلها إلى مادة فقدان الهيدروكساميت خارج الخلية. بعد ذلك، قاموا بزراعة مستنبت مستهدف للمغذيات من الإشريكية القولونية المهندسة على سلائفها المفقودة، واستعادوا ما تم استعادته (بمعدل 0.33 ساعة تقريبًا)، مما يدل على تحويل البلاستيك إلى مادة مغذية.

أخيرًا، استخدموا سلالات الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا التي تعبر عن جينات أمينوبنزوات هيدروكسيلاز (ABH60) المعتمدة على O₂ وNADH، وجينات أريلامين N-acyltransferase (PANAT) المعتمدة على أسيتيل CoA، والتي تم الحصول عليها من فطر وبكتيريا أخرى، على التوالي، لتحويل سلائف Lossen إلى بارا هيدروكسي أسيتانيليد (باراسيتامول). أدت المحاولات الأولية مع حمل فني واحد إلى تكوين منتجات جانبية غير مرغوب فيها؛ وقد عالج الباحثون هذه المشكلة من خلال تطوير نظام ثنائي السلالة أكثر كفاءة، حيث تؤدي كل سلالة خطوة تحويل واحدة.

نتائج الدراسة

تمثل هذه الدراسة علامة فارقة في أبحاث الكيمياء المتوافقة حيويًا، حيث توضح أنه يمكن دمج المركبات العضوية غير الأنزيمية المركبة كيميائيًا في العالم الطبيعي ومعالجتها باستخدام التمثيل الغذائي المضيف الموجود مسبقًا، مما يوسع بشكل كبير نطاق التكنولوجيا الحيوية المستقبلية. أظهرت نتائجه أن إعادة ترتيب الفقد، وهو تفاعل كيميائي كان يقتصر في السابق على مختبرات الكيمياء المتخصصة، كان يمكن تحقيقه في ظل الظروف الفسيولوجية المائية الروتينية وفي الجسم الحي.

حددت الدراسة سلالات الإشريكية القولونية العوز التغذية القادرة على تحويل الركيزة المفقودة إلى اضطراب النمو (PABA)، مما يؤكد دمج إعادة ترتيب الفقد في الآلية الخلوية للبكتيريا.

وكشفت الدراسة أيضًا أن هذه البكتيريا المهندسة كانت قادرة على تحويل ليس فقط نفايات PET (المعالجة الحيوية)، ولكن أيضًا متغيراتها الفرعية المحسنة وراثيًا (سلالات ABH60 وPanat-expressing) إلى باراسيتامول.

أخيرًا، أكدت الدراسة أن هذا النظام يعمل بشكل مشابه في مجموعة من ركائز الفقد وأهداف التفاعل، مما يشير إلى منصة قابلة للتعميم للتحولات الكيميائية غير الأصلية في الخلايا الحية.

الاستنتاجات

توضح الدراسة الحالية إمكانات أبحاث الكيمياء المتوافقة حيوياً في ثورة الإنتاج الكيميائي في الغد. إنه يوضح سلالة جديدة من بكتيريا E. coli يمكنها الجمع بين البراعة البشرية وآلياتها الخلوية الطبيعية لتحقيق إعادة ترتيب الخسارة. فهو يوجه المنتجات الناتجة إلى النمو وإنتاج الأدوية، حتى من النفايات البلاستيكية (PET).

يطمس هذا البحث الخط الفاصل بين الكيمياء والتكنولوجيا الحيوية ويقدم طريقًا جديدًا لإعادة تدوير المواد وتصنيع مركبات ذات قيمة مضافة. في حين أن هذه العملية حاليًا هي دليل على المبدأ والعائد على تحسين الاستثمار وتحديد المسار، فإن هذا العمل يوفر أساسًا لأنظمة مستدامة قائمة على الخلايا تدمج التفاعلات اللاأحيائية مع عملية التمثيل الغذائي.

مصادر: