Создание "нанофабрик" для производства лекарств и других веществ

Исследователи из Университета штата Мичиган использовали малоизвестную особенность микробиологии — бактериальные микрокомпартменты — чтобы создать систему для более эффективного и дешёвого производства ценных химических соединений, включая лекарства и витамины.

Международная команда под руководством Хеннинга Кирста и Шерил Керфельд из Колледжа естественных наук перепрограммировала бактериальные микрокомпартменты для производства химикатов из недорогого сырья. Работа опубликована 22 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Принцип работы: от "дома" к "комнате"

До сих пор в промышленных приложениях (например, для создания биотоплива или лекарств) часто использовали целый микроорганизм для производства целевого соединения. Это создаёт неэффективность: необходимые для реакции ферменты и ингредиенты могут находиться в разных частях клетки, а промежуточные соединения — перехватываться другими процессами.

Бактериальные микрокомпартменты действуют как изолированные "комнаты" или "нанобиореакторы" внутри клетки. Исследователи показали, что можно сконструировать эти компартменты так, чтобы собрать все необходимые ферменты и субстраты для конкретной реакции в одном небольшом пространстве, что значительно повышает контроль и эффективность процесса.

Доказательство концепции

В качестве примера команда создала систему микрокомпартментов, превращающую простые и дешёвые соединения — формиат и ацетат — в пируват. Пируват является ключевым предшественником для синтеза широкого спектра веществ: фармацевтических препаратов, витаминов, ароматизаторов.

Перспективы и значение

Этот подход является универсальной платформой, которую можно адаптировать для многих других метаболических путей. Как отметил в комментарии к исследованию Фолькер Мюллер из Университета Гёте во Франкфурте, эта стратегия открывает дорогу для производства различных соединений из дешёвых субстратов.

Важным достижением работы является создание по сути синтетического бактериального органеллоида. Исследователи взяли архитектуру естественного компартмента и поместили в него совершенно новую, не встречающуюся в природе реакцию. Эта стратегия может найти множество применений, в том числе и несовместимых с обычными бактериальными системами.