Kā jauna reakcija E. coli palīdz pārstrādāt plastmasu paracetamolā

Kā jauna reakcija E. coli palīdz pārstrādāt plastmasu paracetamolā

Zinātnieki izmanto jaunu reakciju E. coli, lai pārvērstu izmesto plastmasu dzīvības glābšanas medikamentos, izveidojot ilgtspējīgu ķīmiskās ražošanas ceļu.

AC-N saišu veidošanās stratēģiju salīdzinājums, izmantojot zudumu pārkārtojumus sintētiskajā organiskajā ķīmijā vai horizmāta ceļus šūnu metabolismā.bIerosinātā neenzīmu atkritumu zudumu ķīmijas saplūšana ar šūnu metabolismu ilgtspējīgai plastmasas atkritumu sintēzei un bioloģiskai pārstrādei. LG, grupa atstāj.

Nesenā pētījumāpublicēts žurnālāDabiskā ķīmijaPētnieki demonstrēja unikālu eksperimentu, kurā tie tika aktivizētiEscherichia coliBaktērijas katalizē klasisku, bet jaunu ķīmisku reakciju:Aktivēto acilhidroksamātu katalītiskā pārvēršana amīnos.

Viņu eksperiments iezīmē izrāvienu salīdzinoši topošajā bioloģiski saderīgo reakciju jomā. Tas ļāva pētniekiem izmantot zudumu retranslāciju, dabā jaunu sintētiskās organiskās ķīmijas katalītisko reakciju, lai plastmasas (polietilēntereftalāta [PET]) atkritumus pārvērstu paracetamolā. Sajaucot sintētisko ķīmiju ar dzīvām sistēmām, pētījums ir pirmais biooperācijas vilnis, kurā mikrobi pārstrādā mūsu atkritumus un dod mums dzīvības glābšanas zāles.

fons

Globālā biotehnoloģijas iekārta izmanto mikrobus, īpaši Escherichia coli, kā darba zirgus lētai, efektīvai un liela mēroga vairāku vērtīgu ķīmisku vielu ražošanai. Diemžēl tradicionālās biotehnoloģijas spējas manipulēt ar mikrobu ģenētiskajiem rīku komplektiem ir ierobežotas un būtiski ierobežo tās pielietojumu. Vairākas ķīmiskās reakcijas, piemēram, zudumu-zaudējumu pārkārtošana, joprojām attiecas tikai uz sintētiskās ķīmijas laboratorijām un ar tām saistītajiem mērogojamības trūkumiem.

Lai novērstu šo ierobežojumu un paplašinātu biotehnoloģijas ietekmi, salīdzinoši jauna koncepcija, ko sauc par "bioloģiski saderīgu ķīmiju", strauji iegūst impulsu. Koncepcija apvieno cilvēka neenzīmu organiskās reakcijas un dabisko šūnu vielmaiņu, kas ievērojami paplašina izejvielu mikrobus, kas var tos ražot.

Lai gan bioloģiski saderīga ķīmija teorētiski varētu ļaut pārvērst ģenētiski modificētos mikrobus, lai pārvērstu atkritumus biodegvielā vai pat farmaceitiskajos līdzekļos, ir jāizpilda sarežģītais izaicinājums, kas nepieciešams, lai fizioloģiskos apstākļos panāktu netoksisku, efektīvu ķīmiju. Līdz šim šī trauslā līdzsvara sasniegšana joprojām ir nozīmīgs izaicinājums.

Par pētījumu

Šajā pētījumā pētnieki atklāja, ka fosfātu joni, kas atrodas standarta baktēriju augšanas vidē, var katalizēt zudumu pārkārtošanos bioloģiski saderīgos apstākļos. Šis iepriekš sintētiskās ķīmijas laboratorijas ierobežotais eksperiments, ko 1872. gadā aprakstīja Vilhelms Lossens, ietver fosfātu katalizētu fenilhidroksamāta estera pārkārtošanos primārā amīna produktā.

Lai reproducētu zaudējumu pārkārtojumus dzīvās šūnās, pētnieki vispirms sinhronizēja aktivētu hidroksamāta substrātu ar para-karboksilgrupu. M9 ūdens vidē 37 ° C temperatūrā augšanas barotnē esošais fosfāts katalizē šo substrātu para-aminobenzoātā (PABA), kas ir būtisks folātu biosintēzes prekursors.

Viņi pārbaudīja uzstādījumu, izmantojot auksotrofos E. coli celmus, kuriem trūka PABA/B (δPABB vai ΔPABA/B) vai AROC gēnu, tāpēc pēc zaudējuma substrāta pievienošanas baktērijas atsāka augt, un šo procesu sauc par “auksotrofu glābšanu”. Tas liecina, ka baktērijas tagad var veikt zuduma reakciju un izmantot šo produktu kā barības vielu avotu, kas kalpo kā skaidrs funkcionāls rādījums, ka reakcija ir veiksmīgi integrēta E. coli metabolismā.

Lai demonstrētu šī jaunā E. coli celma pielietošanas potenciālu, pētnieki veica divus secīgus eksperimentus: 1. No PET iegūto substrātu un 2. Paracetamola sintēzi. Pētnieki vispirms apstrādāja polietilēntereftalāta (PET) pudeli hidroksamāta zuduma prekursorā ārpus šūnas. Pēc tam viņi audzēja uz barības vielām mērķētu sava inženierijas E. coli kultūru uz tā zaudējuma prekursora, atgūstot atgūto (ar ātrumu aptuveni 0,33 H⁻¹), demonstrējot plastmasas pārvēršanos par barības vielu.

Visbeidzot, viņi izmantoja ģenētiski modificētus E. coli celmus, kas ekspresē O2 un NADH atkarīgo aminobenzoāta hidroksilāzes (ABH60) un acetil-CoA atkarīgo arilamīna N-aciltransferāzes (PANAT) gēnus, kas iegūti attiecīgi no sēnītes un citas baktērijas, lai pārvērstu savu Lossen prekursoru par- para-acetamolā (hidrocetatamolā). Sākotnējie mēģinājumi ar vienu tehnisko slodzi izraisīja nevēlamu blakusproduktu veidošanos; Pētnieki to risināja, izstrādājot efektīvāku divu celmu sistēmu, kurā katrs celms veic vienu konversijas soli.

Studiju rezultāti

Šis pētījums iezīmē pagrieziena punktu bioloģiski saderīgas ķīmijas pētījumos, parādot, ka ķīmiski sintezētus neenzimātiskus organiskos savienojumus var integrēt dabiskajā pasaulē un apstrādāt, izmantojot jau esošu saimnieka metabolismu, ievērojami paplašinot rītdienas biotehnoloģijas jomu. Viņa rezultāti parādīja, ka zudumu pārkārtošana, ķīmiska reakcija, kas iepriekš aprobežojās ar specializētām ķīmijas laboratorijām, bija sasniedzama ikdienas ūdens fizioloģiskos apstākļos un in vivo.

Pētījumā tika identificēti auksotrofi E. coli celmi, kas spēj pārveidot pielāgotu zudumu substrātu augšanas traucējumos (PABA), apstiprinot zudumu pārkārtošanās integrāciju baktēriju šūnu sistēmā.

Pētījums arī atklāja, ka šīs inženierijas baktērijas spēja pārvērst paracetamolā ne tikai PET atkritumus (bioremediāciju), bet arī to ģenētiski uzlabotus apakšvariantus (ABH60 un Panat ekspresējošus celmus).

Visbeidzot, pētījums apstiprināja, ka šī sistēma līdzīgi darbojās dažādos zudumu substrātu un reakcijas mērķos, norādot uz vispārināmu platformu nenative ķīmiskajām transformācijām dzīvās šūnās.

Secinājumi

Šis pētījums parāda bioloģiski saderīgas ķīmijas pētījumu potenciālu rītdienas revolucionārajā ķīmiskajā ražošanā. Tas demonstrē jaunu E. coli baktēriju celmu, kas var apvienot cilvēka atjautību ar savu dabisko šūnu mehānismu, lai panāktu zaudējumu pārkārtošanu. Tas novirza iegūtos produktus izaugsmei un farmācijas ražošanai, pat no plastmasas atkritumiem (PET).

Šis pētījums izjauc robežu starp ķīmiju un biotehnoloģiju un piedāvā jaunu veidu materiālu pārstrādei un pievienotās vērtības savienojumu sintezēšanai. Lai gan šis process pašlaik ir principiāls pierādījums un investīciju atdeves optimizācija un ceļa noteikšana, šis darbs nodrošina pamatu ilgtspējīgām, uz šūnām balstītām sistēmām, kas apvieno abiotiskās reakcijas ar vielmaiņu.

Avoti: