Kuidas E. coli uus reaktsioon aitab plastikut paratsetamooliks ümber töödelda

Kuidas E. coli uus reaktsioon aitab plastikut paratsetamooliks ümber töödelda

Teadlased kasutavad uut E. coli reaktsiooni, et muuta kasutuselt kõrvaldatud plastid elupäästvateks ravimiteks, luues säästva tee keemiatootmiseks.

ACN-sideme moodustumise strateegiate võrdlus sünteetilise orgaanilise keemia kadude ümberkorralduste või raku metabolismi koorismaadi radade kaudu.bKavandatav mitteensümaatilise jäätmekadude keemia liitmine raku ainevahetusega plastijäätmete jätkusuutlikuks sünteesiks ja bio-ülekasutamiseks. LG, grupp lahkub.

Hiljutises uuringusajakirjas avaldatudLooduslik keemiaTeadlased demonstreerisid ainulaadset katset, milles nad aktiveeritiEscherichia coliBakterid katalüüsivad klassikalist, kuid uudset keemilist reaktsiooni:Aktiveeritud atsüülhüdroksamaatide katalüütiline muundamine amiinideks.

Nende katse tähistab läbimurret bioloogiliselt ühilduvate reaktsioonide suhteliselt tärkavas valdkonnas. See võimaldas teadlastel kasutada kadude taasedastamist, sünteetilise orgaanilise keemia katalüütilist reaktsiooni, mis on looduses uus, et muuta plasti (polüetüleentereftalaadi [PET]) jäätmed paratsetamooliks. Segades sünteetilise keemia elussüsteemidega, on uuring teerajajaks uuele biooperatsiooni lainele, mille käigus mikroobid taaskasutavad meie jäätmeid ja annavad meile elupäästvaid ravimeid.

taustal

Ülemaailmne biotehnoloogia masinavärk kasutab mikroobe, eriti Escherichia colit, tööhobustena mitme väärtusliku kemikaali odavaks, tõhusaks ja suuremahuliseks tootmiseks. Kahjuks on traditsiooniline biotehnoloogia piiratud oma võimega manipuleerida mikroobide geneetiliste tööriistakomplektidega ja piirab tõsiselt selle rakendusala. Mitmed keemilised reaktsioonid, näiteks kadude-kadude ümberkorraldamine, piirduvad sünteetilise keemia laborite ja nendega seotud mastaapsuse puudustega.

Selle piirangu käsitlemiseks ja biotehnoloogia mõju laiendamiseks kogub kiiresti hoogu suhteliselt uudne kontseptsioon, mida nimetatakse "bioühilduvaks keemiaks". Kontseptsioon ühendab endas inimese mitteensümaatilised orgaanilised reaktsioonid ja loodusliku raku ainevahetuse, mis laiendab oluliselt neid tootvate toorainemikroobide hulka.

Kuigi bioühilduv keemia võib teoreetiliselt võimaldada geneetiliselt muundatud mikroobe muundada, et muuta jäätmed biokütusteks või isegi ravimiteks, tuleb täita keeruline väljakutse saavutada füsioloogilistes tingimustes mittetoksiline ja tõhus keemia. Seni on selle õrna tasakaalu saavutamine jäänud oluliseks väljakutseks.

Uuringu kohta

Käesolevas uuringus leidsid teadlased, et standardsetes bakterite kasvukeskkonnas olevad fosfaadiioonid võivad bioloogiliselt sobivates tingimustes katalüüsida kadude ümberkorraldamist. 1872. aastal Wilhelm Lossseni poolt kirjeldatud varem sünteetilise keemia laboratooriumiga piiratud katse hõlmab fenüülhüdroksamaatestri fosfaadiga katalüüsitud ümberkorraldamist primaarseks amiiniproduktiks.

Elusrakkude kadude ümberkorralduste taastoomiseks sünkroniseerisid teadlased esmalt aktiveeritud hüdroksamaadi substraadi para-karboksüülrühmaga. M9 vesikeskkonnas temperatuuril 37 °C katalüüsib kasvusöötmes olev fosfaat selle substraadi paraaminobensoaadiks (PABA), mis on folaadi biosünteesi oluline prekursor.

Nad testisid seadistust auksotroofsete E. coli tüvedega, millel puudusid PABA/B (δPABB või ΔPABA/B) või AROC geenid, nii et pärast kadusubstraadi lisamist jätkasid bakterid kasvu, protsessi, mida nimetatakse auksotroofide päästmiseks. See viitab sellele, et bakterid saavad nüüd läbi viia kaotusreaktsiooni ja kasutada seda toodet toitainete allikana, toimides selge funktsionaalse näiduna, et reaktsioon on edukalt integreerunud E. coli metabolismi.

Selle uue E. coli tüve kasutuspotentsiaali demonstreerimiseks viisid teadlased läbi kaks järjestikust katset: 1. PET-st saadud substraat ja 2. Paratsetamooli süntees. Teadlased töötlesid esmalt polüetüleentereftalaadi (PET) pudelit hüdroksamaadi kadu lähteaineks väljaspool rakku. Seejärel kasvatasid nad oma konstrueeritud E. coli toitaine-sihtkultuuri selle kaoprekursoril, taastades kogutu (kiirusega ligikaudu 0,33 H⁻1), näidates plasti muutumist toitaineks.

Lõpuks kasutasid nad geneetiliselt muundatud E. coli tüvesid, mis ekspresseerisid O2- ja NADH-sõltuvat aminobensoaathüdroksülaasi (ABH60) ja atsetüül-CoA-sõltuvat arüülamiin-N-atsüültransferaasi (PANAT) geene, mis pärinesid vastavalt seenest ja teisest bakterist, et muuta nende Losseni prekursor para-atsetamiidiks (hüdroksüparatsetamaaniks). Esialgsed katsed üheainsa tehnilise koormusega viisid ebasoovitavate kõrvalsaaduste tekkeni; Teadlased tegelesid sellega, töötades välja tõhusama kahetüvelise süsteemi, kus iga tüvi sooritab ühe konversioonietapi.

Uuringu tulemused

See uuring on bioühilduva keemia uuringute verstapost, mis näitab, et keemiliselt sünteesitud mitteensümaatilisi orgaanilisi ühendeid saab integreerida loodusmaailma ja töödelda olemasoleva peremeesorganismi metabolismi abil, laiendades märkimisväärselt homse biotehnoloogia ulatust. Tema tulemused näitasid, et kadude ümberkorraldamine, keemiline reaktsioon, mis varem piirdus spetsialiseeritud keemialaboritega, oli saavutatav tavapärastes vesifüsioloogilistes tingimustes ja in vivo.

Uuring tuvastas auksotroofsed E. coli tüved, mis on võimelised muutma kohandatud kadusubstraadi kasvuhäireks (PABA), kinnitades kadude ümberkorraldamise integreerimist bakterite rakusüsteemi.

Uuring näitas veel, et need konstrueeritud bakterid suutsid muuta paratsetamooliks mitte ainult PET-jäätmed (bioremediatsioon), vaid ka nende geneetiliselt täiustatud alamvariantid (ABH60 ja Panati ekspresseerivad tüved).

Lõpuks kinnitas uuring, et see süsteem toimis sarnaselt paljudes kadusubstraatides ja reaktsioonisihtmärkides, mis näitab üldistatavat platvormi mittenatiivseteks keemilisteks transformatsioonideks elusrakkudes.

Järeldused

Käesolev uuring näitab bioühilduva keemiauuringute potentsiaali homses revolutsioonilises keemilises tootmises. See demonstreerib uudset E. coli bakteritüve, mis suudab kaotuse ümberkorraldamiseks ühendada inimese leidlikkuse oma loomuliku rakulise masinavärgiga. See suunab saadud tooted kasvu- ja ravimitootmisse, isegi plastijäätmetest (PET).

See uurimus hägustab piiri keemia ja biotehnoloogia vahel ning pakub uudset teed materjalide taaskasutamiseks ja lisandväärtusega ühendite sünteesimiseks. Kuigi see protsess on praegu tõestuseks põhimõtte ja investeeringutasuvuse optimeerimise ja raja määramise kohta, loob see töö aluse jätkusuutlikele rakupõhistele süsteemidele, mis ühendavad abiootilised reaktsioonid ainevahetusega.

Allikad: