Множество обычных товаров — от моющих средств и косметики до шоколада — включает в себя жирные кислоты, извлекаемые из пальмового или кокосового масел. Тем не менее, процесс их производства вызывает серьезные экологические проблемы: вырубка тропических лесов, уничтожение мест обитания редких видов и потеря средств к существованию для местных жителей.
Группа международных ученых под руководством профессора Мартина Гринингера из Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гете предложила биотехнологический метод, способный заменить растительное сырье на ферментативное производство. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Chemical Biology (NCB).
Исследование сосредоточилось на жирнокислотном синтазе — ферменте, который можно представить как молекулярный конвейер. Он встречается во всех живых организмах и отвечает за сборку жирных кислот из более простых компонентов. В естественных условиях этот фермент в основном производит пальмитиновую кислоту с 16 атомами углерода. Однако в промышленности чаще требуются более короткие жирные кислоты (с 6 до 14 атомов углерода), которые в настоящее время в основном получают из пальмовых плантаций.
Как отметил Мартин Гринингер, основное преимущество нового метода заключается в возможности точного контроля длины углеродной цепи. Модифицированный фермент теоретически способен производить жирные кислоты практически любой длины. Это было продемонстрировано на примере лауриновой кислоты (C12), которая в природе в основном извлекается из кокосов и пальмовых косточек.
Ключ к управлению длиной цепи заключается во взаимодействии двух компонентов фермента. Один из них последовательно удлиняет молекулу, добавляя по два атома углерода, в то время как другой «обрывает» процесс, освобождая готовую жирную кислоту. Докторант Дамиан Людиг с помощью белковой инженерии внес две точечные модификации: изменил одну аминокислоту в удлиняющем домене, что снизило эффективность дальнейшего роста цепи, и заменил «отрезающую» часть фермента на бактериальный аналог, который предпочитает короткие цепи. В результате удалось целенаправленно синтезировать коротко- и среднецепочечные жирные кислоты.
Ключевым этапом стало сотрудничество с группой профессора Юнцзиня Чжоу из Даляньского института химической физики Китайской академии наук. В этом институте были созданы штаммы дрожжей, в которые были встроены модифицированные ферменты. Эти микроорганизмы начали производить в основном жирные кислоты с 12 атомами углерода вместо стандартных C16. Обе научные группы уже подали заявки на патенты на свои разработки и ищут промышленных партнеров для масштабирования технологии.
Работа ученых показывает, что ферментативные системы могут стать основой устойчивой «зеленой» химии. Если технология будет успешно внедрена в промышленность, это позволит уменьшить зависимость от пальмового масла и снизить нагрузку на экосистемы тропических регионов, заменив агрессивную добычу сырья контролируемым биосинтезом.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemical Biology (NCB).
Изображение: фрипик
