Микробиологи вырастили E.coli на CO2 и муравьиной кислоте
Микробиологи вырастили E.coli на CO2 и муравьиной кислоте
Опубликовано: 2 месяца назадДобавить в избранное

Микробиологи вырастили E.coli на CO2 и муравьиной кислоте

E.coli — бактерия, широко используемая в биотехнологической промышленности в качестве продуцента. Учёные предложили технологию производства искусственной E. coli на доступной питательной базе.
074

Сложно переоценить роль кишечной палочки (Escherichia coli) в современной промышленной микробиологии и биотехнологии. Она по праву считает универсальным организмом для синтеза различных белков. E.coli используют в роли живого “завода” — учёные вводят в неё подходящие гены при помощи плазмид, и бактерия синтезирует нужные белки, в том числе и рекомбинантные. Именно так в промышленности производят человеческий инсулин. Преимущества использования E.coli в производстве очевидны: бактерия быстро размножатся, её достаточно легко культивировать в большом количестве и изменять геном.

В качестве питательной среды для микроорганизмов традиционно используются углеводы или другие органические молекулы. Актуальное направление исследований: попытаться вырастить E.coli на самом доступном сырье — углекислом газе. Ожидается, что это позволит и снизить затраты на производство ценных терапевтических белков, и сократить количество промышленных отходов в виде диоксида углерода.

Ещё в 2017 году в Израиле получили штамм бактерии E.coli, способный к автотрофному питанию. Бактерии, полученные в лаборатории с помощью генной инженерии и селекции, способны создавать органические вещества из углекислого газа в ходе реакций цикла Кальвина. Для этого исследователи из Института Вейцмана добавили в ДНК E.coli гены ферментов, участвующих в реакциях цикла Кальвина.

На тот момент было неочевидно, возможна ли в принципе столь серьезная трансформация в питании бактерий — от зависимости от сахара до синтеза всей их биомассы из CO2. Эксперимент подтвердил, что бактерии действительно могут производить органические вещества только из углекислого газа. Правда количество CO2, выработанное бактерией E.coli в ходе реакций окисления муравьиной кислоты превышало количество углекислого газа, поглощённого для реакций цикла Кальвина.

А в сентябре 2020 исследовательская группа из Корейского института передовых технологий (KAIST) разработала стратегию выращивания штамма E. coli до более высокой плотности клеток исключительно на CO2 и муравьиной кислоте. Муравьиная кислота представляет собой одноуглеродистую карбоновую кислоту, и ее можно легко получить из CO2 с использованием различных методов. Поскольку ее легче хранить и транспортировать, чем СО2, муравьиная кислота может считаться хорошей жидкой альтернативой СО2.

Несмотря на недавние отчеты нескольких исследовательских групп о разработке штаммов E.coli, способных расти на CO2 и муравьиной кислоте, максимальный рост клеток оставался слишком низким (оптическая плотность около 1). Поэтому учёные поставили цель: разработать модифицированный штамм E. coli, способный к росту в 11 раз большей плотности клеток, чем сообщалось в более ранних исследованиях, с использованием CO2 и муравьиной кислоты в качестве единственных источников углерода.

Чтобы еще больше увеличить рост, исследовательская группа разработала синтетический путь ассимиляции CO2 и муравьиной кислоты с помощью реконструированного цикла тетрагидрофолата (THF) и реакции обратного расщепления глицина. 

Полученный штамм может вырасти до оптической плотности 7,38 при 600 нм за 450 часов, что действительно новый результат для бактерии, чей питательный субстрат ограничен CO2 и муравьиной кислотой.

Исследователи отметили, что были бы рады увидеть в будущем производство ценных для фармацевтики веществ из искусственно созданного штамма E.coli с использованием CO2 и муравьиной кислоты в качестве единственных источников углерода.

Обсуждение статьи и ответы экспертов.

Оставьте свой комментарий.