Короткоцепочечные жирные кислоты являются ценными компонентами косметических средств, активных фармацевтических ингредиентов, противомикробных веществ, ароматизаторов или мыла. На сегодняшний день их можно извлечь только из сырой нефти химическим путем или из некоторых растений, таких как кокос, с помощью сложного процесса. Исследовательским группам под руководством профессора Мартина Гринингера и профессора Экхарда Болеса из Университета Гёте во Франкфурте удалось получить такие жирные кислоты в больших количествах из сахара или отходов, содержащих сахар, с помощью дрожжей. Процесс прост и похож на процесс пивоварения.
Как сообщают исследователи в последних выпусках журналов Nature Chemical Biology и Nature Communications, короткоцепочечные жирные кислоты также пользуются большим спросом в качестве исходного продукта для производства топлива. «Новая технология может стать ключевым шагом к поиску альтернативного подхода с использованием дрожжей к инновационным типам биотоплива, свойства которого почти не уступают свойствам ископаемого топлива», - объясняет Экхард Боулс из Института молекулярной биологии.
Жирные кислоты, вырабатываемые растениями и животными, в значительной степени состоят из цепочек из восемнадцати атомов углерода. Это означает, что они длиннее необходимых соединений с короткой цепью. В живых клетках большие белковые комплексы - синтазы жирных кислот - производят жирные кислоты путем соединения девяти строительных блоков из двух атомов углерода в восьмицикловом процессе. Мартин Гринингер, профессор Лихтенбергского фонда Фольксвагена во Франкфуртском университете Гёте и руководитель исследовательской группы Института молекулярных наук о жизни Бухмана (BMLS), принимал участие в решении трехмерной структуры синтаз жирных кислот. Его обширные ноу-хау в этой области позволили ему вмешиваться в их образ действий.
«Сначала мы изучили, как синтазы жирных кислот подсчитывают циклы, чтобы решить, когда цепь заканчивается. Мы нашли тип линейки, которая измеряет длину жирной кислоты», - объясняет Мартин Гринингер. «Мы модифицировали эту линейку таким образом, что синтазы жирных кислот измеряют неправильно и высвобождают более короткие цепи. Все это происходило в первую очередь на компьютере и в пробирке».
Совместно с Экхардом Боулсом, который проводит исследования метаболизма дрожжей в соседнем биоцентре, возникла идея использовать модифицированные синтазы жирных кислот Гринингера в дрожжах. «Эти дрожжи сразу же начали выделять короткоцепочечные жирные кислоты в значительных количествах», - сообщает Боулз. «Как и в пивоварении, теперь мы можем использовать их для производства - вместо спирта - высококачественных короткоцепочечных жирных кислот». Грининджер и Боулз добавляют: «Эта разработка - только начало. Теперь мы хотим путем подобных модификаций других крупных ферментных комплексов, то есть поликетидсинтаз, синтезировать другие новые типы молекул для химической и фармацевтической промышленности, которые иначе были бы недоступны».
Университет Гёте во Франкфурте защитил эти разработки, подав два европейских и международных патента, и сейчас ищет лицензиатов для коммерческого применения. В настоящее время Грининджер и Боулз продолжают развивать свою технологию в разных направлениях. Целью проекта «Шасси», финансируемого Европейской комиссией, является масштабирование технологии для промышленного использования. Кроме того, проект LOEWE «MegaSyn», финансируемый федеральной землей Гессен, направлен на производство дополнительных химических соединений путем модификации поликетидсинтаз. А в проекте «Alk2Bio», финансируемом Федеральным министерством продовольствия и сельского хозяйства, дрожжи совершенствуются таким образом, чтобы они производили биотопливо на основе октанола и гептана из жирных кислот с короткой цепью.