Если бы у вас была компания, которая производила ценные ингредиенты для химикатов, таких как моющие средства или краски, вы, вероятно, хотели бы производить ингредиенты в больших количествах, устойчиво и по низкой цене. Это то, что теперь могут сделать исследователи из Центра биоустойчивости Фонда Ново Нордиск (DTU Biosustain) в DTU. Исследователи разработали клеточную линию E. coli, которая производит большое количество соединения серина.
Это открытие совершенно уникально и доказывает, что мы действительно можем адаптировать клетки, чтобы выдерживать большое количество серина, что многие люди считали невозможным. Для разработки этих клеток мы использовали узкоспециализированных роботов, которые существуют только в нашем Центре в Дании и в США», - говорит профессор Алекс Тофтгард Нильсен из DTU Biosustain.
Серин - это аминокислота, важная для человека, поскольку она входит в число 20 аминокислот, образующих белки в нашем организме. Будучи хорошо растворимым в воде, серин находит применение в качестве увлажняющего средства в лосьонах в фармацевтической и косметической промышленности.
Кроме того, серин широко используется в химической промышленности, потому что он может быть преобразован в другие химические вещества, такие как пластмассы, моющие средства, пищевые добавки и множество других продуктов.
На самом деле, серин упоминается как одно из 30 наиболее перспективных биологических веществ для замены химикатов в нефтяной промышленности, если удастся снизить производственные затраты. Ферментация бактериями является наиболее распространенным методом получения аминокислот. Однако серин токсичен для лабораторной рабочей лошади E. coli, которая быстро «сдается», если бактерия производит большое количество вещества. Исследование опубликовано в журнале Metabolic Engineering.
Роботы превыше всего
Первым шагом в процессе разработки было получение клеток кишечной палочки, способных выдерживать высокие концентрации серина. Чтобы добиться этого, ученые использовали так называемую автоматизированную «адаптивную лабораторную эволюцию» (ALE), в которой они сначала подвергали клетки воздействию небольшого количества серина. Когда клетки привыкли к этим условиям, бактерии были переведены в несколько более высокую концентрацию. Эксперимент был повторен несколько раз с клетками, наиболее подходящими для переносимости серина.
Для этого эксперимента требовались узкоспециализированные роботы, объясняет ведущий автор исследования Хеманшу Мундхада из DTU Biosustain:
"За ростом клеток необходимо следить 24 часа в сутки, и клетки должны быть перенесены на новую среду в определенное время роста. Кроме того, у нас так много образцов, что было бы практически невозможно контролировать все клетки вручную. Поэтому крайне важно, чтобы мы использовали роботов ALE."
Толерантные клетки E. coli были впоследствии генетически оптимизированы для производства серина, и таким образом они могли внезапно производить от 250 до 300 граммов серина на каждый килограмм добавленного сахара (глюкозы), что является самой большой наблюдаемой производительностью. для серина навсегда.
Компания должна коммерциализировать клеточную линию
Сегодня серин уже производится другими микробами путем преобразования глицина и метанола. Но эти микробы сначала нужно вырастить в больших количествах, после чего добавить химически полученный глицин. Глицин относительно дорог, и поэтому многие ищут более дешевые и экологичные методы производства.
Мы показали, что наши клетки кишечной палочки могут использовать обычный сахар и даже остатки от производства сахара, патоку, в более низких концентрациях. И мы увидели многообещающие результаты с более дешевым сахаром, что делает его еще более привлекательным для производят серин в E.coli», - говорит Хеманшу Мундхада.
В настоящее время исследовательская группа работает над созданием компании, которая будет заниматься производством серина в больших масштабах.
«Цель состоит в том, чтобы сделать эту клеточную линию полезной для общества. И лучший способ сделать это - привлечь компанию для дальнейшей разработки и коммерциализации наших результатов», - говорит Алекс Тофтгаард Нильсен.