Hogyan segíti az E. coli új reakciója a műanyagot paracetamollá

Hogyan segíti az E. coli új reakciója a műanyagot paracetamollá

A tudósok egy új E. coli-reakciót alkalmaznak, hogy az eldobott műanyagokat életmentő gyógyszerekké alakítsák, és ezzel fenntartható utat alakítanak ki a vegyi gyártás számára.

AA C-N kötés kialakulásának stratégiáinak összehasonlítása a szintetikus szerves kémia veszteség-átrendeződésén vagy a sejtmetabolizmus korizmát útvonalain keresztül.bA nem enzimatikus hulladékveszteség-kémia javasolt fúziója a sejtanyagcserével a műanyaghulladék fenntartható szintéziséhez és biológiai újrahasznosításához. LG, csoport távozik.

Egy friss tanulmánybanfolyóiratban jelent megTermészetes kémiaA kutatók egy egyedülálló kísérletet mutattak be, amelyben aktiválták őketEscherichia coliA baktériumok egy klasszikus, de újszerű kémiai reakciót katalizálnak:Az aktivált acil-hidroxamátok katalitikus átalakulása aminokká.

Kísérletük áttörést jelent a biokompatibilis reakciók viszonylag kialakulóban lévő területén. Lehetővé tette a kutatók számára, hogy a veszteség-visszaadást, a szintetikus szerves kémia természetben újszerű katalitikus reakcióját használják a műanyag (polietilén-tereftalát [PET]) hulladék paracetamollá történő átalakítására. A szintetikus kémia élő rendszerekkel való keverésével a tanulmány úttörő szerepet tölt be a biooperáció új hullámában, amelyben a mikrobák újrahasznosítják hulladékainkat, és életmentő gyógyszereket adnak nekünk.

háttér

A globális biotechnológiai gépezet mikrobákat, különösen az Escherichia colit használja igáslóként számos értékes vegyszer olcsó, hatékony és nagyszabású előállításához. Sajnos a hagyományos biotechnológia korlátozottan képes manipulálni a mikrobák genetikai eszköztárát, és súlyosan korlátozza alkalmazási körét. Számos kémiai reakció, mint például a veszteség-veszteség átrendeződés, továbbra is a szintetikus kémiai laboratóriumokra és az ezekhez kapcsolódó skálázhatósági hátrányokra korlátozódik.

Ennek a korlátnak a megoldására és a biotechnológia hatásának kiterjesztésére egy viszonylag új koncepció, az úgynevezett „biokompatibilis kémia” gyorsan lendületet kap. A koncepció ötvözi az emberi nem enzimatikus szerves reakciókat és a természetes sejtanyagcserét, ami jelentősen kibővíti az ezeket előállító nyersanyag-mikrobákat.

Míg a biokompatibilis kémia elméletileg lehetővé tenné a géntechnológiával módosított mikrobák átalakítását, hogy a hulladékot bioüzemanyaggá vagy akár gyógyszerkészítményekké alakítsák, meg kell felelni annak az összetett kihívásnak, hogy élettani körülmények között nem mérgező, hatékony kémiát kell elérni. E kényes egyensúly elérése mindeddig jelentős kihívás maradt.

A tanulmányról

Jelen tanulmányban a kutatók azt találták, hogy a standard baktériumtenyésztő tápközegben jelen lévő foszfátionok biológiailag kompatibilis körülmények között katalizálhatják a veszteség átrendeződését. Wilhelm Losssen 1872-ben leírta, ez a korábban szintetikus kémia, laboratóriumban korlátozott kísérlet egy fenil-hidroxamát-észter foszfát-katalizált átrendeződését foglalja magában elsődleges amintermékké.

Az élő sejtekben bekövetkező veszteség-átrendeződések reprodukálására a kutatók először egy aktivált hidroxamát szubsztrátot szinkronizáltak egy para-karboxilcsoporttal. Vizes M9 tápközegben 37 °C-on a tápközegben lévő foszfát ezt a szubsztrátot para-aminobenzoáttá (PABA) katalizálja, amely a folát bioszintézis elengedhetetlen prekurzora.

Az elrendezést olyan auxotróf E. coli törzsekkel tesztelték, amelyekből hiányoztak a PABA/B (δPABB vagy ΔPABA/B) vagy az AROC gének, így a veszteséges szubsztrát hozzáadása után a baktériumok újra növekedésnek indultak, ezt a folyamatot „auxotróf mentésnek” nevezték. Ez azt sugallja, hogy a baktériumok most végre tudják hajtani a veszteségi reakciót, és tápanyagforrásként használhatják ezt a terméket, ami egyértelmű funkcionális kijelzésként szolgál arra vonatkozóan, hogy a reakció sikeresen beépült az E. coli metabolizmusába.

Az új E. coli törzs alkalmazási potenciáljának bemutatására a kutatók két egymást követő kísérletet végeztek: 1. PET-eredetű szubsztrát és 2. Paracetamol szintézis. A kutatók először egy üveg polietilén-tereftalátot (PET) dolgoztak fel a sejten kívüli hidroxamát veszteség prekurzorává. Ezután tápanyag-célzott tenyészetet növesztettek mesterségesen módosított E. coli-ból a veszteséges prekurzorán, visszanyerve a visszanyert mennyiséget (körülbelül 0,33 H⁻1 sebességgel), bizonyítva a műanyag tápanyaggá alakulását.

Végül egy gombából, illetve egy másik baktériumból származó O2- és NADH-függő aminobenzoát-hidroxiláz (ABH60) és acetil-CoA-függő arilamin-N-aciltranszferáz (PANAT) géneket expresszáló, genetikailag módosított E. coli törzseket alkalmaztak Lossen-prekurzoruk para- (hidroxi-paracetamanol)-dá alakítására. A kezdeti próbálkozások egyetlen műszaki terheléssel nemkívánatos melléktermékek képződését eredményezték; A kutatók ezt egy hatékonyabb kéttörzsű rendszer kifejlesztésével oldották meg, ahol minden törzs egy-egy átalakítási lépést hajt végre.

Tanulmányi eredmények

Ez a tanulmány mérföldkövet jelent a biokompatibilis kémia kutatásában, bebizonyítva, hogy a kémiai úton szintetizált, nem enzimatikus szerves vegyületek integrálhatók a természetbe, és a már meglévő gazdaanyagcsere felhasználásával feldolgozhatók, jelentősen kibővítve a holnap biotechnológiájának hatókörét. Eredményei azt mutatták, hogy a veszteség átrendeződése, egy kémiai reakció, amely korábban speciális kémiai laboratóriumokra korlátozódott, rutin vizes fiziológiai körülmények között és in vivo is elérhető volt.

A tanulmány olyan auxotróf E. coli törzseket azonosított, amelyek képesek egy testreszabott veszteségszubsztrátot növekedési rendellenességgé (PABA) alakítani, megerősítve a veszteség átrendeződésének integrációját a baktérium sejtrendszerébe.

A tanulmány azt is feltárta, hogy ezek a módosított baktériumok nemcsak a PET-hulladékot (bioremediáció), hanem genetikailag továbbfejlesztett alváltozataikat (ABH60 és Panat-expresszáló törzsek) is paracetamollá tudták alakítani.

Végül a tanulmány megerősítette, hogy ez a rendszer hasonlóan működött számos veszteségszubsztrátumban és reakciócélpontban, ami általánosítható platformot jelez a nem natív kémiai átalakulásokhoz élő sejtekben.

Következtetések

A jelen tanulmány bemutatja a biokompatibilis kémiai kutatásban rejlő lehetőségeket a holnap forradalmasított vegyipari termelésében. Bemutatja az E. coli baktérium új törzsét, amely képes egyesíteni az emberi találékonyságot természetes sejtrendszerével a veszteség átrendezése érdekében. Az így kapott termékeket a növekedésbe és a gyógyszergyártásba irányítja, akár műanyaghulladékból (PET).

Ez a kutatás elmossa a határvonalat a kémia és a biotechnológia között, és új utat kínál az anyagok újrahasznosítására és a hozzáadott értéket képviselő vegyületek szintetizálására. Míg ez a folyamat jelenleg az elvi és a befektetés megtérülésének optimalizálása és az útválasztási folyamat bizonyítéka, ez a munka alapot biztosít fenntartható, sejtalapú rendszerek számára, amelyek az abiotikus reakciókat az anyagcserével egyesítik.

Források: