Учёные перенастроили светолюбивые бактерии для производства жирной кислоты

Учёные заставили обычную бактерию производить больше ценной жирной кислоты — лауриновой — чем обычно. Достижение важно не только из-за увеличения выработки жирной кислоты, полезной для биотоплива, но и потому, что оно открывает путь к манипулированию такими организмами для получения соединений, полезных в качестве топлива или лекарств.

«Мы теперь знаем достаточно о перенаправлении потоков внутри клетки, чтобы сконструировать клетки для производства большего количества высокоценных продуктов. Это полезно не только для создания коммерчески жизнеспособных биотоплив, но и для таких товаров, как фармацевтические препараты», — сказал микробиолог Алекс Белиаев из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL), руководивший исследованием, опубликованным в Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Учёные из PNNL и Колорадской горной школы работали с одноклеточным организмом Synechococcus sp. PCC 7002, цианобактерией, которая создаёт строительные блоки для новых клеток из воздуха, воды и солнечного света. Как и её родственники — обычные формы водорослей — цианобактерии поглощают огромное количество CO₂ из окружающей среды и превращают его в другие материалы, например, биомассу, играя критическую роль в климате Земли.

Целью исследования было изменить метаболизм организма и направить его на производство жиров (липидов) вместо сахаров (глюкозы), используя инструменты синтетической биологии и метаболической инженерии для перенаправления пути углерода в клетке. Synechococcus sp. PCC 7002 быстро растёт (деление клеток менее чем за 2 часа) и хорошо адаптируется, что делает его перспективной мишенью для производства биотоплива и других продуктов.

Манипулируя генами организма, команда Белиаева заставила бактерии производить меньше сахара и больше лауриновой кислоты — соединения, которое можно переработать в биодизель и более ценные продукты (мыла, моющие средства). Модифицированная бактерия не только накапливала эту жирную кислоту, но и выделяла её из клетки. Организм оказался чрезвычайно устойчивым, хорошо реагировал на стресс и переносил высокие уровни освещённости.

Учёные также с удивлением обнаружили, что бактерия не производила столько лауриновой кислоты, сколько ожидалось. «Мы теперь знаем, что нужно использовать метаболический контроль, чтобы подтолкнуть [организм] к конечным продуктам. Это сложнее, чем мы ожидали. В этих организмах есть встроенное сопротивление», — пояснил Белиаев.

Следующий шаг — использовать эти возможности для создания организмов, производящих другие целевые продукты, включая терпеноиды (предшественники ряда коммерческих химикатов) и биопродукты, такие как каучук, моющие средства и полимеры.

«Это исследование — доказательство концепции, которое показывает, что у нас есть знания и инструменты, чтобы превратить углерод во что-то более ценное», — сказал Белиаев.