Vědci využívají novou přírodu v E. coli, aby proměnili vyřazené plasty na léky na záchranu života a mapovaly udržitelnou cestu pro chemickou výrobu.
ASrovnání strategií pro tvorbu vazby C – N prostřednictvím propětí ztráty v syntetické organické chemii nebo prostřednictvím chorismuálních drah v buněčném metabolismu. bNavrhované sloučení neenzymatické chemie přeskupení ztráty s buněčným metabolismem pro udržitelnou syntézu a biopcyklování plastového odpadu. LG, opouštějící skupinu.
V nedávné studii Publikováno v časopise Chemie přírodyVědci prokázali první experiment, ve kterém povolili Vykazovali chill Bakterie pro katalyzování klasické, ale nové chemické reakce: Katalytická transformace aktivovaných acylhydroxamatů na aminy.
Jejich experiment znamená průlom v relativně rodícím se poli biokompatibilních reakcí. Umožnilo vědcům využít přeskupení ztráty, syntetickou organickou chemickou katalytickou reakci novou pro přírodu, převést plast (polyethylen tereftalát (PET)) na paracetamol. Studiem promícháním syntetické chemie s živými systémy průkopní nové vlny biomanufakturingu, kde mikroby recyklují náš odpad a dávají nám léky zachraňující život.
Pozadí
Globální biotechnologické stroje dostatečně využívají mikroby, zejména Vykazovali chillJako pracovní koně pro levnou, efektivní a rozsáhlou výrobu několika cenných chemikálií. Tradiční biotechnologie je bohužel omezena ve své schopnosti manipulovat s genetickými sady nástrojů mikrobů a vážně omezuje rozsah jejich aplikací. Několik chemických reakcí, jako je například přeskupení ztráty, zůstává omezeno na laboratoře syntetické chemie a jejich související škálovatelnosti.
Pro řešení tohoto omezení a rozšíření vlivu biotechnologie, relativně nový koncept nazývaný „biokompatibilní chemie“ rychle získává na síle. Koncept kombinuje neenzymatické organické reakce zaměřené na člověka a přirozený buněčný metabolismus, což výrazně rozšiřuje suroviny, které mikroby mohou konzumovat a produkty, které mohou produkovat.
Zatímco biokompatibilní chemie by teoreticky mohla umožnit geneticky upraveným mikrobům přeměnit odpadky na biopaliva nebo dokonce léčiva, musí být splněna komplexní výzva k dosažení netoxické a účinné chemie za fyziologických podmínek. Dosud dosažení této jemné rovnováhy zůstalo významnou výzvou.
O studii
V této studii vědci zjistili, že fosfátové ionty přítomné ve standardních bakteriálních růstových médiích mohou katalyzovat přeskupení ztráty za biologicky kompatibilních podmínek. Tento dosud syntetickou chemickou chemickou chemickou experiment, popsaný v roce 1872 Wilhelm Lossen, zahrnuje fosfáty katalyzovaný přeskupení fenylhydroxamového esteru do primárního aminového produktu.
Pro reprodukci ztrátových přeskupení v živých buňkách vědci nejprve syntetizovali aktivovaný hydroxamový substrát nesoucí para-karboxylovou skupinu. Ve vodném médiu M9 při 37 ° C fosfát v růstovém médiu katalyzuje tento substrát do para-aminobenzoátu (PABA), což je základní prekurzor pro biosyntézu folátu.
Testovali nastavení pomocí Auxotrophic E. coli Kmeny postrádající paba/b (Apabb nebo ΔPaba/B) nebo AROC geny, díky nimž jsou schopny produkovat PABA, a tak nemohou růst. S přidáním substrátu ztráty, bakterie obnovily růst, proces nazývaný „záchrana auxotrofů“. To naznačuje, že bakterie mohou nyní provést ztrátovou reakci a použít tento produkt jako zdroj živin, sloužící jako jasné funkční odečet, s nímž se reakce úspěšně integrovala s E. coli metabolismus.
Prokázat potenciál aplikace tohoto románu E. coli kmen, vědci provedli dva po sobě jdoucí experimenty: 1. substrát odvozený z PET a 2. syntéza paracetamolu. Vědci nejprve chemicky zpracovali polyethylen tereftalát (PET) láhev do prekurzoru ztráty hydroxamu mimo buňku. Poté vyrobili kulturu hlad z živinového obsahu E. coli Při jejich prekurzoru ztráty, pozorování obnoveného růstu (rychlostí přibližně 0,33 H⁻⁻), což prokazuje přeměnu plastové na nutrient.
Nakonec použili geneticky modifikované E. coli Kmeny exprimující aminobenzoát hydroxylázu závislé na O₂- a NADH (ABH60) a acetyl-CoA-dependentní arylamin n-acyltransferázu (PANAT), pocházející z houby a další bakterie, aby přeměnily svůj ztrátový prekurzor na para-hydroxyetanid). Počáteční pokusy s jediným inženýrským kmenem vedly k vytvoření nežádoucích vedlejších produktů; Vědci se o tom zabývali vývojem efektivnějšího dvouhrucího systému, přičemž každý kmen prováděl jeden krok konverze.
Nálezy studie
Tato studie znamená milník ve výzkumu biokompatibilní chemie, což ukazuje, že chemicky syntetizované neenzymatické organické sloučeniny mohou být integrovány do přirozeného světa a zpracovány pomocí již existujícího metabolismu hostitele, což podstatně rozšíří rozsah zítřejší biotechnologie. Její zjištění odhalila, že přeskupení ztráty, chemická reakce dříve omezená na specializované chemické laboratoře, bylo dosažitelné za rutinních, vodných, fyziologických podmínek a netoxických in vivo.
Studie identifikovala auxotrofní E. coli Kmeny schopné převést na míru syntetizovaný ztrátový substrát na živiny podporující růst (PABA), což potvrzuje integraci přeskupení ztráty do buněčného stroje bakterií.
Studie dále odhalila, že tyto inženýrské bakterie byly schopny nejen degradovat odpad z domácích zvířat (bioremediace), ale také jejich geneticky zvýšené subvarianty (ABH60 a PANAT-exprimující kmeny) přeměňující odpad na paracetamol na paracetamol na primární doporučení první linie proti hotevní a bolesti.
Nakonec studie potvrdila, že tento systém fungoval podobně napříč rozsahem ztrátových substrátů a reakčních cílů, což naznačovalo zobecnitelnou platformu pro nepůvodní chemické transformace v živých buňkách.
Závěry
Tato studie zdůrazňuje potenciál výzkumu biokompatibilní chemie při revoluci zítřejší chemické produkce. Ukazuje nový kmen E. coli Bakterie schopné kombinovat lidskou vynalézavost s přirozeným buněčným aparátem, aby se dosáhlo přeskupení ztráty. Výsledné produkty nasměrují do růstu a produkce farmaceutiky, a to i z plastového (PET) odpadu.
Tento výzkum rozmazává hranici mezi chemií a biotechnologií a nabízí novou cestu k materiálům Upcycle a syntetizuje sloučeniny s přidanou hodnotou. I když je tento proces v současné době důkazem principu a optimalizace výnosů a ladění cest zůstává výzvami, tato práce stanoví základ pro udržitelné systémy založené na buňkách, které sloučí abiotické reakce s metabolismem.
