Kaip nauja E. coli reakcija padeda plastiką perdirbti į paracetamolį

Kaip nauja E. coli reakcija padeda plastiką perdirbti į paracetamolį

Mokslininkai naudoja naują E. coli reakciją, kad išmestą plastiką paverstų gyvybę gelbstinčiais vaistais, sukurdami tvarų cheminės gamybos būdą.

ACN jungties formavimo strategijų palyginimas per nuostolių pertvarkymus sintetinėje organinėje chemijoje arba per chorizmo kelius ląstelių metabolizme.bSiūlomas nefermentinės atliekų praradimo chemijos suliejimas su ląstelių metabolizmu, siekiant tvarios plastiko atliekų sintezės ir biologinio perdirbimo. LG, grupė palieka.

Neseniai atliktame tyrimepaskelbtas žurnaleNatūrali chemijaTyrėjai pademonstravo unikalų eksperimentą, kurio metu jie buvo aktyvuotiEscherichia coliBakterijos katalizuoja klasikinę, bet naują cheminę reakciją:Aktyvuotų acilo hidroksamatų katalizinis pavertimas aminais.

Jų eksperimentas žymi proveržį santykinai besiformuojančioje biologiškai suderinamų reakcijų srityje. Tai leido tyrėjams panaudoti nuostolių retransliaciją, katalizinę sintetinės organinės chemijos reakciją, naują gamtoje, plastiko (polietileno tereftalato [PET]) atliekas paversti paracetamoliu. Sumaišius sintetinę chemiją su gyvomis sistemomis, tyrimas yra naujos biooperacijos bangos, kai mikrobai perdirba mūsų atliekas ir duoda gyvybę gelbstinčių vaistų, pionierius.

fone

Pasaulinė biotechnologijų mašina naudoja mikrobus, ypač Escherichia coli, kaip darbinius arklius pigiai, efektyviai ir didelio masto kelių vertingų cheminių medžiagų gamybai. Deja, tradicinės biotechnologijos galimybės manipuliuoti genetiniais mikrobų rinkiniais yra ribotos ir labai apriboja jos taikymo sritį. Kai kurios cheminės reakcijos, pvz., nuostolių ir nuostolių pertvarkymas, apsiriboja sintetinės chemijos laboratorijomis ir su jomis susijusiais mastelio trūkumais.

Siekiant pašalinti šį apribojimą ir išplėsti biotechnologijos poveikį, gana nauja koncepcija, vadinama „biologiškai suderinama chemija“, sparčiai įgauna pagreitį. Koncepcija apjungia žmogaus nefermentines organines reakcijas ir natūralų ląstelių metabolizmą, o tai ženkliai išplečia žaliavos mikrobus, galinčius juos gaminti.

Nors biologiškai suderinama chemija teoriškai gali leisti paversti genetiškai modifikuotus mikrobus, kad atliekas paverstų biokuru ar net vaistais, reikia įveikti sudėtingą iššūkį – pasiekti netoksišką, veiksmingą chemiją fiziologinėmis sąlygomis. Iki šiol šios subtilios pusiausvyros pasiekimas išliko nemenkas iššūkis.

Apie studiją

Šiame tyrime mokslininkai nustatė, kad fosfato jonai, esantys standartinėse bakterijų augimo terpėse, gali katalizuoti nuostolių pertvarkymą biologiškai suderinamomis sąlygomis. 1872 m. aprašytas Wilhelmo Lossseno, šis anksčiau sintetinės chemijos laboratorijoje atliktas eksperimentas apima fosfatais katalizuojamą fenilhidroksamato esterio pertvarkymą į pirminį amino produktą.

Norėdami atkurti nuostolių pertvarkymus gyvose ląstelėse, mokslininkai pirmiausia sinchronizavo aktyvuotą hidroksamato substratą su para-karboksilo grupe. Vandeninėje M9 terpėje 37 °C temperatūroje auginimo terpėje esantis fosfatas katalizuoja šį substratą į para-aminobenzoatą (PABA), esminį folio biosintezės pirmtaką.

Jie išbandė sąranką naudodami auksotrofines E. coli padermes, kuriose trūko PABA/B (δPABB arba ΔPABA/B) arba AROC genų, todėl po to, kai buvo pridėtas netekęs substratas, bakterijos vėl pradėjo augti, o procesas vadinamas „auksetrofo gelbėjimu“. Tai rodo, kad bakterijos dabar gali atlikti praradimo reakciją ir naudoti šį produktą kaip maistinių medžiagų šaltinį, o tai yra aiškus funkcinis rodmuo, kad reakcija sėkmingai integruota į E. coli metabolizmą.

Siekdami parodyti šios naujos E. coli padermės panaudojimo galimybes, mokslininkai atliko du nuoseklius eksperimentus: 1. Iš PET gautą substratą ir 2. Paracetamolio sintezę. Tyrėjai pirmiausia apdorojo polietileno tereftalato (PET) butelį į hidroksamato praradimo pirmtaką už ląstelės ribų. Tada jie užaugino į maistines medžiagas orientuotą savo sukurto E. coli kultūrą ant prarasto pirmtako, atgaudami tai, kas buvo išgauta (maždaug 0,33 H⁻¹ greičiu), parodydama plastiko pavertimą maistine medžiaga.

Galiausiai jie panaudojo genetiškai modifikuotus E. coli štamus, ekspresuojančius nuo O2 ir NADH priklausomą aminobenzoato hidroksilazę (ABH60) ir acetil-CoA priklausomą arilamino N-aciltransferazės (PANAT) genus, gautus atitinkamai iš grybelio ir kitos bakterijos, kad paverstų savo Lossen pirmtaką į paraacetamolį (hidroksiacetamolį). Pradiniai bandymai naudojant vieną techninę apkrovą lėmė nepageidaujamų šalutinių produktų susidarymą; Tyrėjai tai išsprendė kurdami efektyvesnę dviejų padermių sistemą, kurioje kiekviena padermė atlieka vieną konversijos žingsnį.

Studijų rezultatai

Šis tyrimas žymi biologiškai suderinamų chemijos tyrimų etapą, parodantį, kad chemiškai susintetinti nefermentiniai organiniai junginiai gali būti integruoti į gamtą ir apdoroti naudojant jau egzistuojantį šeimininko metabolizmą, o tai žymiai išplečia ateities biotechnologijų taikymo sritį. Jo rezultatai parodė, kad nuostolių pertvarkymas, cheminė reakcija, anksčiau vykusi tik specializuotose chemijos laboratorijose, buvo pasiekiama įprastomis vandens fiziologinėmis sąlygomis ir in vivo.

Tyrimo metu buvo nustatytos auksotrofinės E. coli padermės, galinčios pritaikytą nuostolių substratą paversti augimo sutrikimu (PABA), patvirtinantis nuostolių pertvarkymo integravimą į bakterijų ląstelių mechanizmus.

Tyrimas taip pat atskleidė, kad šios inžinerijos būdu sukurtos bakterijos galėjo paversti paracetamoliu ne tik PET atliekas (bioremediacija), bet ir genetiškai patobulintus jų subvariantus (ABH60 ir Panat ekspresuojančias padermes).

Galiausiai, tyrimas patvirtino, kad ši sistema panašiai veikė įvairiuose nuostolių substratuose ir reakcijos taikiniuose, o tai rodo apibendrinamą platformą nevietinėms cheminėms transformacijoms gyvose ląstelėse.

Išvados

Šis tyrimas parodo biologiškai suderinamų chemijos tyrimų potencialą rytojaus chemijos gamyboje. Tai demonstruoja naują E. coli bakterijų padermę, kuri gali sujungti žmogaus išradingumą su natūralia ląstelių mechanizmu, kad būtų galima pertvarkyti nuostolius. Jis nukreipia gautus produktus į augimą ir farmacijos gamybą, net iš plastiko atliekų (PET).

Šis tyrimas panaikina ribą tarp chemijos ir biotechnologijų ir siūlo naują būdą perdirbti medžiagas ir sintetinti pridėtinės vertės junginius. Nors šiuo metu šis procesas yra principo ir investicijų grąžos optimizavimo ir kelio nustatymo įrodymas, šis darbas sudaro pagrindą tvarioms, ląstelėms pagrįstoms sistemoms, kurios abiotines reakcijas sujungia su metabolizmu.

Šaltiniai: