Биотехнологически разработанная Escherichia coli превращает сахара в BDO (1,4-бутандиол), ключевой субстрат для химической промышленности, используемый для синтеза многих химических веществ. Полученный продукт (био-BDO) дешевле, чем его нефтяной или газовый аналог, сообщает Nature Chemical Biology.
БДО, то есть 1.4 бутандиол, является одним из наиболее важных химических соединений для химической промышленности (ежегодно производится около 1,4 миллиона тонн БДО на общую сумму около 4 миллиардов долларов). Без этого вещества было бы невозможно производить многие коммерчески доступные продукты, включая органические растворители, полимеры, широко известные как пластмассы, и современные взрывчатые вещества.
Поскольку производство BDO в настоящее время полностью зависит от сырой нефти или природного газа, цены на которые в последние годы были очень нестабильными, в течение некоторого времени ученые искали альтернативный метод, который позволил бы производить 1,4- бутандиол таким образом, который, во-первых, более экологичен, во-вторых, дешевле и, прежде всего, полностью независим от сырой нефти или природного газа.
Неожиданно самым эффективным решением оказались микробы. В частности, кишечная палочка, та же бактерия, хотя и немного модифицированная биотехнологиями, обитает в пищеварительной системе каждого здорового человека.
Ученые из научно-исследовательского института Genomatica (США) разработали метод биотехнологической модификации клеток кишечной палочки с использованием передовых методов молекулярной биологии, чтобы каждая клетка эффективно преобразовывала природный источник углерода, сахар, в биологическое происхождение 1,4- бутандиол (био-БДО).
Работа началась с разработки специального алгоритма, который определил наиболее вероятные метаболические пути, через которые должна пройти молекула сахара, чтобы окончательно превратиться в био-BDO. Затем из числа имеющихся в природе ферментов были выбраны те, которые позволили бы реализовать раствор, выбранный алгоритмом. Наконец, все необходимые элементы были введены в бактериальную клетку Escherichia coli, и после добавления соответствующего количества сахаров в реактор для культивирования впервые в мире было начато производство полностью органического 1,4-бутандиола.
Эффективность процесса пока невысока — из 1 литра бактериальной культуры можно получить 18 граммов био-BDO.
В настоящее время ведутся работы по увеличению концентрации био-BDO, полученного путем биотехнологической модификации бактерий, чтобы они могли выжить при более высокой концентрации токсичных химикатов, производимых внутри клетки. По словам авторов нового метода, все указывает на то, что порог урожайности в ближайшее время будет увеличен в пять раз, благодаря чему из 1 литра культуры будет получено 100 граммов био-BDO, который уже дешевле в производстве, чем аналог синтезирован традиционным методом.