Джинсы, которые вы носите, апельсиновый сок, который вы пьете, стиральный порошок, который вы используете: ничто не было бы возможно без активности ферментов. В настоящее время ферменты, используемые в промышленности, производятся с помощью дорогостоящего, трудоемкого процесса, требующего хранения в холодильнике. Но новый инновационный подход, предложенный исследованиями Школы стоматологической медицины Пенна, открывает совершенно новый способ производства этих ценных белков.
Два новых исследования, проведенных под руководством биохимика Penn Dental Medicine Генри Даниэля, показывают, что ферменты, выращенные в растениях, могут быть столь же эффективными, как и традиционные ферменты микробного происхождения, при выполнении ряда промышленных задач, таких как очистка апельсиновой мякоти от оборудования для приготовления сока., удаление пятен от белья, удаление красителей с текстиля или удаление катышков с ткани. Дополнительным преимуществом таких ферментов, выращенных на растениях, является то, что они дешевле в производстве и стабильны при хранении в виде порошка, не требующего охлаждения.
«Некоторые из наших ферментов даже более эффективны, чем текущие процессы, потому что вы избегаете всех этапов, которые необходимы для обработки микробных продуктов: ферментация, очистка, хранение и транспортировка в холодильнике», - говорит Даниэлл. «Я рад, что стал пионером в производстве технологий, которые являются частью повседневной деятельности и могут существенно повлиять на доступность».
Эта технология привела к запуску Phyllozyme, начинающей компании, которая сейчас занимает лабораторные помещения в Центре Pennovation, инкубационной среде, в которой живут около 350 новаторов из Университета Pennovation Works development.
В первом исследовании исследователи из Пенсильвании использовали эту технику для производства пяти новых ферментов растительного происхождения и сравнили их с 15 другими коммерческими ферментными продуктами, которые в настоящее время получают из микробов, обычно дрожжей. Все они широко используются в текстильной промышленности. Многие используются в моющих средствах; ферменты, такие как липаза и маннаназа, могут расщеплять сложные молекулы, присутствующие в пятнах, таких как масла, шоколад и сок. Другие ферменты используются для того, чтобы ткань могла впитывать или выделять краситель, а также чтобы ткань не «скатывалась».
При сравнении продуктов растительного происхождения с другими, одним из основных отличий была стойкость. Имеющиеся в продаже ферменты нужно было хранить в холодильнике, и их активность снижалась при более высоких значениях рН или более высоких температурах. Напротив, продукты растительного происхождения сохраняли стабильность при хранении при комнатной температуре в течение 16 месяцев и оставались эффективными в широком диапазоне значений pH и температур.
Команда Penn применила ферменты в «прямом сравнении», говорит Даниэлл, проверяя их способность удалять краску индиго с джинсовой ткани («биопромывка»), удалять катышки с трикотажа («биополировка»). ), а также удалить шоколадные и горчично-масляные пятна. Во всех случаях соответствующие ферменты филлозима давали сравнимые, а в некоторых случаях и лучшие результаты, чем их микробные аналоги. Эксперименты в теплице Penn Dental, расположенной на заводе Pennovation Works, и на установке для гидропонного выращивания Fraunhofer продемонстрировали, что производство ферментов в растениях табака или салата может давать значительные урожаи и что полученные ферментные продукты были эффективными и активными, даже когда растения были собраны при температуре различные моменты времени.
Во втором документе, в котором специально исследовались пектиназы, представляющие собой ферменты, расщепляющие пектин, натуральный компонент фруктов, добавку к определенным продуктам питания и компонент хлопкового волокна. Производители сока используют пектиназу, чтобы предотвратить накопление мякоти на своем оборудовании. Производители текстиля используют его для разрушения покрытия на хлопке, препятствующего впитыванию воды. Как ни странно, натуральное хлопковое волокно не впитывает воду, пока пектин не будет удален ферментами.
Как и в другом исследовании, исследователи из Пенсильвании сотрудничали с учеными из других учреждений, чтобы сравнить пектиназы растительного происхождения с восемью коммерчески доступными жидкими пектиназами микробного происхождения. Как и прежде, ферменты растительного происхождения были стабильны при хранении до 16 месяцев и работали в широком диапазоне температур и pH. Жидкие пектиназы теряли активность при более высоких значениях pH.
Используя оборудование, обычно используемое в текстильной промышленности, команда под руководством Пенна показала, что ферменты растительного происхождения могут более эффективно расщеплять пектин в хлопчатобумажной ткани, позволяя воде быстрее впитываться, в процессе, называемом биоочищением. Это также необходимый шаг при окрашивании ткани.
Они также протестировали ферменты, полученные из листьев, при осветлении апельсинового сока, шаг, который позволяет соку легче разжижаться, а также высвобождает вкус и питательные вещества из мякоти фрукта. И здесь ферменты растительного происхождения были не хуже, если не лучше, чем коммерческие продукты микробного происхождения. Даниэлл отмечает, что коктейль из различных ферментов может позволить производителям сока еще более полно реализовать питательные преимущества сока, высвобождая из мякоти больше неперевариваемых питательных веществ.
Дэниел с энтузиазмом относится к потенциалу этих продуктов для изменения производственных процессов, особенно потому, что современные методы, например, в текстильной промышленности, включают производство большого количества химических загрязнителей, которые могут нанести вред водным путям вокруг текстильных предприятий. Стоимость и безопасность - другие ключевые проблемы, которые, как он надеется, сможет решить эта технология.
«Существующая технология производства ферментов не развивалась десятилетиями», - говорит Даниэлл. «Не было никаких изменений в стоимости или стабильности. Если мы продаем эти ферменты чему-то вроде соковой компании, было бы огромным преимуществом иметь безопасный, недорогой и стабильный продукт, к которому они могли бы обратиться в качестве альтернативы. к доступным в настоящее время ферментам."
Ферменты растительного происхождения также стали важной вехой в области генной инженерии, став первым белковым продуктом, полученным из листьев для коммерческого использования.
«Невероятно видеть коммерческий продукт, который повлияет на стольких людей и процессы, возникающие в нашей школе», - говорит Марк Вольф, декан стоматологического отделения Penn Dental Medicine в Мортоне, Амстердам.«Генри помогает наметить путь инноваций, и я знаю, что в ближайшие годы мы увидим многих других преподавателей и студентов».