Сукцинат широко используется в качестве сырья для нефтехимии, и существует большой спрос на возобновляемый и экологически безопасный способ производства сукцината. Японский исследователь обнаружил, что уровень производства сукцината увеличивается, когда цианобактерии выращиваются при температуре выше идеальной для роста клеток. Он использовал знания о разработке метаболических путей для достижения самой эффективной в мире скорости производства биосукцината.
Открытие было сделано профессором Томохисой Хасунума (Высшая школа науки, технологий и инноваций Университета Кобе) в рамках программы стратегических фундаментальных исследований Японского агентства по науке и технологиям. Результаты были опубликованы в журнале Metabolic Engineering 27 мая.
Исследовательская группа профессора Хасунумы стремилась найти реакцию, которая действует как узкое место в метаболическом пути, когда CO2 превращается в сукцинат, а затем использовать генную инженерию для ускорения этой узкой реакции и увеличения производства сукцината.
Анализ метаболизма измеряет количество различных метаболических веществ в клетках, и его можно использовать для оценки метаболических промежуточных продуктов, которые способствуют увеличению производства сукцината. Исследовательская группа использовала эту технологию для разработки метода динамического анализа метаболома, который может наблюдать за изменением количества внутриклеточных метаболитов. Применяя динамический анализ метаболома, когда они наблюдали увеличение производства сукцината, они смогли определить реакцию узкого места в пути биосинтеза сукцината.
Цианобактерия, используемая в этом исследовании (Synechocystis sp. PCC 6803), является одной из самых популярных цианобактерий для исследований во всем мире. Команда обнаружила, что идеальная температура для производства сукцината из этой цианобактерии примерно на 7 градусов по Цельсию выше, чем температура роста клеток 30 градусов по Цельсию. С помощью динамического анализа метаболома они выяснили механизм образования сукцината при высоких температурах и показали, что ФЕПК (фосфоенолпируваткарбоксилаза) участвует в реакции узкого места. Затем группа разработала рекомбинантный Synechocystis, который имеет более высокую активность PEPC, чем дикий тип, с помощью генной инженерии. Улучшив реакцию PEPC и выращивая цианобактерии при 37 градусах Цельсия, им удалось повысить скорость производства сукцината в 7,5 раз по сравнению с предыдущими исследованиями.
"Это исследование является важным шагом на пути к производству биосукцината из CO2 Теперь мы стремимся увеличить производство сукцината путем усовершенствования метаболического пути", - комментирует профессор Хасунума. «Нацелившись на различные метаболические системы, это направление исследований может внести большой вклад в фундаментальные исследования структур управления метаболическими путями и прикладные исследования производства веществ."