Kuinka uusi reaktio E. colissa auttaa kierrättämään muovia parasetamoliksi

Kuinka uusi reaktio E. colissa auttaa kierrättämään muovia parasetamoliksi

Tiedemiehet käyttävät uutta reaktiota E. colissa muuttaakseen hylätystä muovista hengenpelastuslääkkeitä ja luovat kestävän reitin kemikaalien valmistukseen.

AC-N-sidoksen muodostumisstrategioiden vertailu synteettisen orgaanisen kemian häviöjärjestelyjen tai solujen aineenvaihdunnan korismaattireittien kautta.bEhdotettu ei-entsymaattisen jätteen hävikkikemian fuusio soluaineenvaihduntaan kestävän muovijätteen synteesin ja biologisen kierrätyksen aikaansaamiseksi. LG, ryhmä lähtee.

Tuoreessa tutkimuksessajulkaistu lehdessäLuonnollinen kemiaTutkijat osoittivat ainutlaatuisen kokeen, jossa heidät aktivoitiinEscherichia coliBakteerit katalysoivat klassista mutta uutta kemiallista reaktiota:Aktivoitujen asyylihydroksamaattien katalyyttinen muuntaminen amiineiksi.

Heidän kokeilunsa merkitsee läpimurtoa biologisesti yhteensopivien reaktioiden suhteellisen syntymässä olevalla alalla. Se antoi tutkijoille mahdollisuuden käyttää häviön uudelleenlähetystä, synteettisen orgaanisen kemian katalyyttistä reaktiota, joka on uusi luonnossa muovijätteen (polyeteenitereftalaatti [PET]) muuntamiseksi parasetamoliksi. Yhdistämällä synteettistä kemiaa eläviin järjestelmiin tutkimus on edelläkävijä biooperaation uudelle aallolle, jossa mikrobit kierrättävät jätteemme ja antavat meille hengenpelastuslääkkeitä.

tausta

Globaali bioteknologiakoneisto käyttää mikrobeja, erityisesti Escherichia colia, työhevosina useiden arvokkaiden kemikaalien halvaan, tehokkaaseen ja laajamittaiseen tuotantoon. Valitettavasti perinteisen biotekniikan kyky manipuloida mikrobien geneettisiä työkalusarjoja on rajallinen ja rajoittaa voimakkaasti sen sovelluksia. Useat kemialliset reaktiot, kuten häviö-häviö uudelleenjärjestely, rajoittuvat synteettisen kemian laboratorioihin ja niihin liittyviin skaalautuvuushaittoihin.

Tämän rajoituksen korjaamiseksi ja biotekniikan vaikutuksen laajentamiseksi suhteellisen uusi konsepti nimeltä "bioyhteensopiva kemia" on saamassa nopeasti vauhtia. Konseptissa yhdistyvät ihmisen ei-entsymaattiset orgaaniset reaktiot ja luonnollinen solujen aineenvaihdunta, mikä laajentaa merkittävästi niitä tuottavien raaka-ainemikrobien määrää.

Vaikka bioyhteensopiva kemia voisi teoriassa mahdollistaa muuntogeenisten mikrobien muuntamisen jätteiden muuntamiseksi biopolttoaineiksi tai jopa lääkkeiksi, monimutkainen haaste myrkyttömän ja tehokkaan kemian saavuttamiseksi fysiologisissa olosuhteissa on vastattava. Toistaiseksi tämän herkän tasapainon saavuttaminen on ollut merkittävä haaste.

Tietoja tutkimuksesta

Tässä tutkimuksessa tutkijat havaitsivat, että fosfaatti-ionit, jotka ovat läsnä tavanomaisissa bakteerikasvualustoissa, voivat katalysoida häviöiden uudelleenjärjestelyjä biologisesti yhteensopivissa olosuhteissa. Wilhelm Losssenin vuonna 1872 kuvaama tämä aiemmin synteettisen kemian laboratoriorajoitettu koe sisältää fosfaattikatalysoidun fenyylihydroksamaattiesterin uudelleenjärjestelyn primääriseksi amiinituotteeksi.

Toistaakseen menetysten uudelleenjärjestelyjä elävissä soluissa tutkijat synkronoivat ensin aktivoidun hydroksamaattisubstraatin para-karboksyyliryhmän kanssa. Vesipitoisessa M9-väliaineessa 37 °C:ssa kasvualustassa oleva fosfaatti katalysoi tämän substraatin paraaminobentsoaatiksi (PABA), joka on folaatin biosynteesin välttämätön esiaste.

He testasivat kokoonpanoa käyttämällä auksotrofisia E. coli -kantoja, joista puuttui PABA/B (δPABB tai ΔPABA/B) tai AROC-geenejä, joten hävityssubstraatin lisäämisen jälkeen bakteerit palasivat kasvuun, prosessia kutsutaan "auksotrofin pelastamiseksi". Tämä viittaa siihen, että bakteerit voivat nyt suorittaa hävitysreaktion ja käyttää tätä tuotetta ravintolähteenä, mikä toimii selkeänä toiminnallisena lukemana siitä, että reaktio on onnistuneesti integroitunut E. colin aineenvaihduntaan.

Tämän uuden E. coli -kannan käyttöpotentiaalin osoittamiseksi tutkijat suorittivat kaksi peräkkäistä koetta: 1. PET-peräinen substraatti ja 2. Parasetamolin synteesi. Tutkijat prosessoivat ensin pullon polyeteenitereftalaattia (PET) hydroksamaattihäviöprekursoriksi solun ulkopuolella. Sitten he kasvattivat muokatun E. colinsa ravinnekohdistettua viljelmää sen hävinneen esiasteen päällä, ottamalla talteen talteen saadun (noin 0,33 H-1 nopeudella), mikä osoitti muovin muuttumisen ravintoaineeksi.

Lopuksi he käyttivät geneettisesti muunneltuja E. coli -kantoja, jotka ilmensivät O2- ja NADH-riippuvaista aminobentsoaattihydroksylaasi (ABH60) ja asetyyli-CoA-riippuvaista aryyliamiini-N-asyylitransferaasi (PANAT) -geenejä, jotka olivat peräisin sienestä ja toisesta bakteerista, muuntamaan Lossen-prekursorinsa para-(hydroksiparasetamidiksi). Ensimmäiset yritykset yhdellä teknisellä kuormalla johtivat ei-toivottujen sivutuotteiden muodostumiseen; Tutkijat ratkaisivat tämän kehittämällä tehokkaamman kaksikantaisen järjestelmän, jossa jokainen kanta suorittaa yhden muuntamisvaiheen.

Tutkimustulokset

Tämä tutkimus on virstanpylväs bioyhteensopivassa kemian tutkimuksessa, joka osoittaa, että kemiallisesti syntetisoidut ei-entsymaattiset orgaaniset yhdisteet voidaan integroida luontoon ja prosessoida käyttämällä olemassa olevaa isäntäaineenvaihduntaa, mikä laajentaa merkittävästi huomisen biotekniikan kattavuutta. Hänen tulokset osoittivat, että häviön uudelleenjärjestely, kemiallinen reaktio, joka aiemmin rajoittui erikoistuneisiin kemian laboratorioihin, oli saavutettavissa rutiininomaisissa vesipitoisissa fysiologisissa olosuhteissa ja in vivo.

Tutkimuksessa tunnistettiin auksotrofiset E. coli -kannat, jotka pystyvät muuttamaan räätälöidyn tappiosubstraatin kasvuhäiriöksi (PABA), mikä vahvisti häviön uudelleenjärjestelyn integroitumisen bakteerien solukoneistoon.

Tutkimus paljasti lisäksi, että nämä muokatut bakteerit pystyivät muuttamaan PET-jätteen (bioremediaatio) lisäksi myös geneettisesti parannettuja alavarianttejaan (ABH60 ja Panatia ilmentävät kannat) parasetamoliksi.

Lopuksi tutkimus vahvisti, että tämä järjestelmä toimi samalla tavalla erilaisissa häviön substraateissa ja reaktiokohteissa, mikä osoittaa yleistettävän alustan ei-natiiville kemiallisille transformaatioille elävissä soluissa.

Johtopäätökset

Tämä tutkimus osoittaa bioyhteensopivan kemian tutkimuksen mahdollisuudet huomisen mullistavassa kemian tuotannossa. Se esittelee uutta E. coli -bakteerikantaa, joka voi yhdistää ihmisen kekseliäisyyden luonnolliseen solukoneistoonsa tappioiden uudelleenjärjestelyn saavuttamiseksi. Se kanavoi syntyneet tuotteet kasvuun ja lääketuotantoon jopa muovijätteestä (PET).

Tämä tutkimus hämärtää kemian ja bioteknologian välistä rajaa ja tarjoaa uudenlaisen reitin materiaalien kierrättämiseen ja lisäarvoyhdisteiden syntetisoimiseen. Vaikka tämä prosessi on tällä hetkellä todiste periaatteesta ja investoinnin tuoton optimoinnista ja polun asettamisesta, tämä työ tarjoaa perustan kestäville solupohjaisille järjestelmille, jotka yhdistävät abioottiset reaktiot aineenvaihduntaan.

Lähteet: