Бактерия Cupriavidus necator давно привлекает внимание исследователей и промышленности благодаря своей естественной способности превращать возобновляемые сырьевые материалы, такие как углекислый газ и формиевая кислота, в ценные продукты, например, биопластик. Её природный потенциал позволяет аккумулировать биопластики, порой составляющие более 50% от массы клетки, что делает её незаменимым элементом устойчивых производственных процессов.
Первоначальный метаболический путь бактерии был неэффективен: формиевая кислота сжигалась в углекислый газ, а затем этот газ перепроцессировался через затраты дополнительной энергии. Микробиолог Нико Клаассенс сравнил эту неэффективность с тем, как будто вы делаете лишний круг на стартовой линии гонки, что лишний раз расходует ресурсы.
Для устранения этого недостатка ученые разработали «умный» биохимический маршрут, позволяющий напрямую использовать формиевую кислоту без промежуточного этапа, связанного с потерями энергии и образованием избыточного CO2. Такой подход способствует оптимальному использованию сырья и минимизирует энергетические затраты, что критически важно для промышленного производства биопластика.
Разработка нового маршрута стала результатом сотрудничества ученых из Wageningen University & Research и Института Макса Планка (Германия). Новая генетическая схема позволяет деактивировать гены, ответственные за неэффективный путь, и заменить их новыми инструкциями для сокращенного и эффективного метаболического процесса. Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Экспериментальные данные подтвердили, что в условиях малых культивируемых систем модифицированная бактерия демонстрирует увеличение биомассы на 15–20% при тех же энергетических затратах. Такие показатели могут сыграть решающую роль в том, чтобы перевести процесс производства биопластика из разряда экономически невыгодных экспериментов в устойчивое промышленное направление. Об этом отметил Бе Дронзелла из Института Макса Планка, подчеркивая практическую значимость результатов.
Методология, получившая название «метаболическая пересадка сердца», основана на точных генетических модификациях, которые позволили заменить старые, неэффективные метаболические пути на новые, оптимизированные. Процесс можно сравнить с модернизацией конвейерной линии на фабрике, где старые роботизированные механизмы заменяются более производительными, что позволяет существенно улучшить выпуск конечного продукта.
Повышенная эффективность модифицированного штамма открывает перспективы не только для увеличения выхода биопластика, но и для синтеза других высокоценных соединений. Новые генетические возможности позволяют направлять метаболизм бактерии на производство различных химических веществ, что может значительно расширить спектр прикладных задач.
Интерес к этой инновационной технологии уже проявлен промышленными стартапами, планирующими использовать улучшенную бактерию для производства химикатов из формиевой кислоты. Усиление природных возможностей Cupriavidus necator создает реальные предпосылки для перехода к более устойчивым и экономически жизнеспособным методам синтеза биопродуктов.
Изображение носит иллюстративный характер
Первоначальный метаболический путь бактерии был неэффективен: формиевая кислота сжигалась в углекислый газ, а затем этот газ перепроцессировался через затраты дополнительной энергии. Микробиолог Нико Клаассенс сравнил эту неэффективность с тем, как будто вы делаете лишний круг на стартовой линии гонки, что лишний раз расходует ресурсы.
Для устранения этого недостатка ученые разработали «умный» биохимический маршрут, позволяющий напрямую использовать формиевую кислоту без промежуточного этапа, связанного с потерями энергии и образованием избыточного CO2. Такой подход способствует оптимальному использованию сырья и минимизирует энергетические затраты, что критически важно для промышленного производства биопластика.
Разработка нового маршрута стала результатом сотрудничества ученых из Wageningen University & Research и Института Макса Планка (Германия). Новая генетическая схема позволяет деактивировать гены, ответственные за неэффективный путь, и заменить их новыми инструкциями для сокращенного и эффективного метаболического процесса. Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Экспериментальные данные подтвердили, что в условиях малых культивируемых систем модифицированная бактерия демонстрирует увеличение биомассы на 15–20% при тех же энергетических затратах. Такие показатели могут сыграть решающую роль в том, чтобы перевести процесс производства биопластика из разряда экономически невыгодных экспериментов в устойчивое промышленное направление. Об этом отметил Бе Дронзелла из Института Макса Планка, подчеркивая практическую значимость результатов.
Методология, получившая название «метаболическая пересадка сердца», основана на точных генетических модификациях, которые позволили заменить старые, неэффективные метаболические пути на новые, оптимизированные. Процесс можно сравнить с модернизацией конвейерной линии на фабрике, где старые роботизированные механизмы заменяются более производительными, что позволяет существенно улучшить выпуск конечного продукта.
Повышенная эффективность модифицированного штамма открывает перспективы не только для увеличения выхода биопластика, но и для синтеза других высокоценных соединений. Новые генетические возможности позволяют направлять метаболизм бактерии на производство различных химических веществ, что может значительно расширить спектр прикладных задач.
Интерес к этой инновационной технологии уже проявлен промышленными стартапами, планирующими использовать улучшенную бактерию для производства химикатов из формиевой кислоты. Усиление природных возможностей Cupriavidus necator создает реальные предпосылки для перехода к более устойчивым и экономически жизнеспособным методам синтеза биопродуктов.
