Исследователи скопировали способ, которым организмы производят токсичные химические вещества, не причиняя себе вреда, прокладывая путь к более экологичному производству химических веществ и топлива.
Новая технология, разработанная учеными Имперского колледжа Лондона, может снизить потребность в использовании ископаемого топлива для создания химикатов, пластмасс, волокон и топлива.
В настоящее время многие полезные химические вещества производятся из ископаемого топлива, которое требует добычи, имеет ограниченное количество и нарушает углеродный цикл. Альтернативой является создание микроорганизмов, таких как Escherichia coli (E.coli) и цианобактерии для более устойчивого производства химических веществ непосредственно из атмосферного углекислого газа.
Однако многие химические вещества, которые можно производить таким образом, токсичны для микроорганизмов, что снижает их способность производить большие количества экономически эффективным способом.
Теперь, копируя то, как естественные организмы справляются со своими собственными токсичными химическими веществами, исследователи показали, что бактерии можно запрограммировать на производство химических веществ, не нанося при этом вреда росту.
Эта концепция может быть использована для производства полезных химикатов, пластмасс и даже топлива, что может еще больше снизить потребность в ископаемом топливе и помочь свести к минимуму изменение климата. Новая методика и первое доказательство концепции опубликованы сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ведущий исследователь д-р Патрик Джонс из Департамента наук о жизни в Imperial сказал: «Мы посмотрели на то, что природа уже делает для собственной выгоды, и применили эту идею к биотехнологии для нашей же пользы».
Организмы, такие как растения и дрожжи, иногда производят токсичные для них химические вещества, поэтому для их безопасного хранения они вносят небольшие изменения в химические вещества, чтобы сделать их безвредными. Полученные химические вещества известны как «производные», и их можно вернуть в исходную токсичную форму с помощью относительно простой химии.
Команда взяла эту идею и использовала генную инженерию, чтобы запрограммировать кишечную палочку и цианобактерии для получения 1-октанола, химического вещества, которое в настоящее время используется в парфюмерии и токсично для бактерий. Затем они добавили дополнительный набор инструкций к E. coli, чтобы она производила два разных производных 1-октанола, оба менее вредные.
Исследователи говорят, что если бы это было масштабировано для промышленных систем, инженерные бактерии производили бы нетоксичное производное 1-октанола, которое затем можно было бы восстановить и химически преобразовать обратно в 1-октанол, готовый к использованию..
Команда обнаружила, что их система производит 1-октанол, не влияя на рост бактерий. Они также обнаружили, что система производит больше 1-октанола, чем система без стадии дериватизации, что, по их мнению, связано с тем фактом, что производное не только менее токсично, но и более растворимо в окружающей воде или растворителе.
Доктор Джонс сказал: «Более растворимое химическое вещество может быстрее удаляться из клеток, где оно с меньшей вероятностью будет мешать каким-либо бактериальным процессам».
Теперь команда продемонстрировала концепцию создания производных с использованием запрограммированных микроорганизмов, они хотят создать полную систему, от производства производных до извлечения желаемого химического вещества.
Это поможет им усовершенствовать процесс и, возможно, масштабировать его для использования в промышленных условиях.
Исследование финансировалось программой Европейского Союза Horizon 2020.