מדענים רותמים תגובה חדשה לטבעית ב- E. coli להפוך את הפלסטיקה שהושלכה לתרופות מצילות חיים, תוך פירעון מסלול בר-קיימא לייצור כימי.
אהשוואה בין אסטרטגיות ליצירת קשר C – N באמצעות סידור מחדש של אובדן בכימיה אורגנית סינתטית או באמצעות מסלולי כוריזם במטבוליזם סלולרי. במיזוג המוצע של כימיה מחדש של סידור מחדש שאינו אנזימטי עם חילוף חומרים סלולרי לסינתזה בת-קיימא ולביו-עלייה של פסולת פלסטיק. LG, עוזב את הקבוצה.
במחקר שנערך לאחרונה פורסם בכתב העת כימיה טבעיתהחוקרים הפגינו ניסוי ראשון מסוגו Escherichia coli חיידקים לזרז תגובה כימית קלאסית ועם זאת חדשה: הטרנספורמציה הקטליטית של Acyl Hydroxamates מופעל לאמינים.
הניסוי שלהם מסמן פריצת דרך בשדה המתהווה יחסית של תגובות ביו -תואמות. זה איפשר לחוקרים למנף את הסידור מחדש של אובדן, תגובה קטליטית כימיה אורגנית סינתטית חדשה לטבע, להמיר פסולת פלסטיק (פוליאתילן טרפטלט (PET)) לפרקמול. על ידי מיזוג כימיה סינתטית עם מערכות חיות, חלוצי המחקר גל חדש של ייצור ביולוגי, בו חיידקים ממחזרים את הפסולת שלנו ומעניקים לנו תרופות מצילות חיים.
רֶקַע
המכונות הביוטכנולוגיות הגלובליות עושה שימוש רב במיקרובים, בעיקר Escherichia coliכסוסי עבודה לייצור זול, יעיל ורחב היקף של כמה כימיקלים יקרי ערך. לרוע המזל, ביוטכנולוגיה מסורתית מוגבלת ביכולתה לתפעל את ערכות הכלים הגנטיים של חיידקים, מה שמגביל קשות את היקף היישומים שלהם. מספר תגובות כימיות, כמו סידור מחדש של אובדן, נותרו מוגבלות למעבדות כימיה סינתטיות ולחסרונות המדרגיות שלהם.
כדי לטפל במגבלה זו ולהרחיב את השפעת הביוטכנולוגיה, מושג חדש יחסית המכונה 'כימיה ביולוגית' תופס במהירות תאוצה. הרעיון משלב תגובות אורגניות לא-אנזימטיות מכוונות אנושיות ומטבוליזם סלולרי טבעי, ומרחיב מאוד את חומרי הגלם המיקרובים יכולים לצרוך ואת המוצרים שהם יכולים לייצר.
בעוד שכימיה ביולוגית תואמת יכולה, בתיאוריה, לאפשר לחיידקים מהונדסים גנטית להמיר זבל לדלקים ביולוגיים או אפילו לתרופות, יש לעמוד באתגר המורכב של השגת כימיה לא רעילה ויעילה בתנאים פיזיולוגיים. עד כה, השגת מאזן עדין זה נותרה אתגר משמעותי.
על המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים גילו כי יוני פוספט שנמצאים בתקשורת צמיחת חיידקים סטנדרטית יכולים לזרז את הסידור מחדש של אובדן בתנאים תואמים ביולוגית. ניסוי זה עד כה סינטטי-כימיה-סינטטי-כימיה-סינטטי-כימיה-סינטטי זה, כולל סידור מחדש של פוספט-קטלנית של אסתר של פניל הידרוקסמט למוצר אמין ראשוני.
כדי לשחזר את הסידור מחדש של אובדן בתאים חיים, החוקרים סינתזו תחילה מצע הידרוקסמט מופעל הנושא קבוצת פרה-קרבוקסיל. בתקשורת M9 מימית בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, פוספט במדיום הצמיחה מזרז את המצע הזה לפרה-אמינובנזואט (PABA), מבשר חיוני לביוסינתזה של חומצה פולית.
הם בדקו את ההתקנה באמצעות Auxotrophic א. קולי זנים חסרי PABA/B (ΔPABB או ΔPABA/B) או גנים AROC, מה שהופך אותם לא להיות מסוגלים לייצר PABA ובכך לא יכולים לצמוח. עם הוספת המצע שאובדן, חיידקים חזרו לצמיחה, תהליך המכונה 'חילוץ אוקסוטרוף'. זה מצביע על כך שהחיידקים יכולים כעת לבצע את התגובה אובדן ולהשתמש במוצר זה כמקור תזונתי, המשמש כקריאה פונקציונלית ברורה שהתגובה השתלבה בה בהצלחה א. קולי מֵטַבּוֹלִיזם.
כדי להדגים את פוטנציאל היישום של רומן זה א. קולי זן, החוקרים ערכו שני ניסויים רצופים: 1. מצע הנגזר מחיות מחמד, ו -2. סינתזת פרקטמול. החוקרים עיבדו לראשונה כימית בקבוק פוליאתילן טרפטלט (PET) לבקבוק מבשר אובדן הידרוקסמט מחוץ לתא. לאחר מכן הם גידלו תרבות מורעבת בתזונה של המהנדס שלהם א. קולי על מבשרם הפסד, התבוננות בצמיחה משוחזרת (בקצב של כ- 0.33 H⁻⁻), והדגימה המרה מפלסטיק למזביות.
לבסוף, הם השתמשו בשינוי גנטית א. קולי זנים המבטאים aminobenzoate hydroxylase (ABH60) ו- Acetyl-CoA (ABH60) (ABH60) (PANAT), המקורם בפטריות וחיידק אחר, בהתאמה, כדי להמיר את המקדים שלהם לאובדן לפרגוס (Paracetamolide). ניסיונות ראשוניים עם זן מהונדס יחיד הובילו להיווצרות מוצרים צד לא רצויים; החוקרים התייחסו לכך על ידי פיתוח מערכת יעילה יותר של שני מתח, כאשר כל זן מבצע שלב אחד מההמרה.
ממצאי לימוד
מחקר זה מסמן אבן דרך במחקר כימיה ביו-תואם, ומדגים כי ניתן לשלב תרכובות אורגניות שאינן אנזימטיות שאינן אנזימטיות בעולם הטבעי ולעבד באמצעות חילוף חומרים מקיים מראש, ולהרחיב משמעותית את היקף הביוטכנולוגיה של מחר. ממצאיו חשפו כי הסידור מחדש של אובדן, תגובה כימית שהוגבלה בעבר למעבדות כימיה מיוחדות, הייתה ברת השגה בתנאים שגרתיים, מימיים, פיזיולוגיים ולא רעילים in vivo.
המחקר זיהה אוקסוטרופי א. קולי זנים המסוגלים להמיר מצע אובדן בהתאמה אישית בהתאמה אישית לחומרים מזינים המקדמים צמיחה (PABA), ומאשרים את שילוב הסידור מחדש של אובדן במכונות הסלולריות של החיידקים.
המחקר גילה עוד כי חיידקים מהונדסים אלה היו מסוגלים לא רק להשפיל את פסולת המחמד (ביו-דיאציה), אלא גם של תת-חוטי המשופרים הגנטית שלהם (ABH60 וזנים המבטאים פנאט) המגירים פסולת PET לחיית המחמד לפרקמול, ארגון הבריאות העולמי (WHO) המליץ על התערבות ראשונה בשורה ראשונה על חום וכאבים.
לבסוף, המחקר אישר כי מערכת זו תפקדה באופן דומה במגוון מצעים ואובדן יעדי תגובה, ורמזה על פלטפורמה להכללה לשינוי כימי שאינו ילידי בתאים חיים.
מסקנות
המחקר הנוכחי מדגיש את הפוטנציאל של מחקר כימיה ביו -תואם בחולל המהפכה בייצור הכימי של מחר. זה מדגים זן חדשני של א. קולי חיידקים המסוגלים לשלב כושר המצאה אנושי עם מכונות הסלולר הטבעיות שלה כדי להשיג סידור מחדש של אובדן. הוא מנתב את המוצרים המתקבלים לגידול וייצור תרופות, אפילו מפסולת פלסטית (PET).
מחקר זה מטשטש את הגבול בין כימיה לביוטכנולוגיה, ומציע מסלול חדש לחומרים אופניים וסינתזה תרכובות בעלות ערך מוסף. בעוד שתהליך זה הוא כיום הוכחת עקרונות ותשואות אופטימיזציה וכוונון מסלול נותרו אתגרים, עבודה זו מניחה בסיס למערכות בר-קיימא, מבוססות תאים, הממזגות תגובות אביוטי עם חילוף החומרים.
