В поиске возобновляемых альтернатив для бензина, такие тяжелые спирты как изобутанол являются наиболее обещающими кандидатами не только потому, что они содержат больше энергии, чем этанол, то также и потому, что они более совместимы с существующей инфраструктурой, основанной на бензине. Однако, для того чтобы сделать изобутанол более практичным, ученые нуждаются в методах его надежного производства в больших количествах.
Инженеры в области химии и биологии из Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод резкого увеличения производства изобутанола в дрожжах, которые в нормальных условиях производят его в меньших количествах. Они спроектировали дрожжи, в которых синтез изобутанола происходит по всему объему митохондрии, клеточной структуры, генерирующей энергию и содержащую множество биосинтетических путей. Используя этот подход, они смогли увеличить производство изобутанола на 260%.
Gregory Stephanopoulos, профессор химической инженерии в МТИ, один из главных авторов статьи, опубликованной 17.02.2013 в онлайн-издании Nature Biotechnology, говорит, что, хотя размер производства по-прежнему мал для промышленных масштабов, предварительные оценки характеризуют этот подход как многообещающий не только для производства изобутанола, но и для других полезных веществ. По его словам, речь идет не только об изобутаноле: этот подход открывает возможность производить множество биохимикатов внутри органеллы, которая намного лучше подходит для этих целей в сравнении с цитозолом клеток дрожжей.
Обычно дрожжи производят изобутанол во время серий реакций, которые имеют место в двух разных местах внутри клетки. Синтез начинается с пируватом – распространенной молекулы, генерируемой в процессе распада таких сахаров как глюкоза. Пируват транспортируется в митохондрию, где он может входить в разные метаболические пути, включая тот, вследствие которого производится аминокислота валин и альфа-кетоизовалерат (alpha-KIV). Валин и alpha-KIV могут быть перемещены в цитоплазму, где они с помощью ферментов превращаются в изобутанол.
Исследователи из МТИ переместили вторую фазу из цитоплазмы в митохондрию. Они достигли этого изменением ферментов метаболических путей, что увеличило производство изобутанола на 260%.
Исследования могут найти множество применений в метаболической инженерии. Есть много ситуаций, где может быть выгодна концентрация всех шагов реакции в маленьком объеме, что значительно увеличивает эффективность процессов.
Сейчас исследователи пытаются улучшить изобутаноловые дрожжи и уменьшить производство этанола, что все еще является главным продуктом сахарного распада в дрожжах.
По словам Stephanopoulos, смещение этаноловых путей является важным шагом в изменении дрожжей для производства изобутанола. Затем, по его словам, нужно внедрить синтез изобутанола, заменив первый вторым для поддержания баланса внутри клетки.
James Liao, профессор химической и биомолекулярной инженерии в UCLA, который не был частью исследовательской команды, положительно отозвался об опыте коллег. По его словам, пока они проделали хорошую работу, показывая, что эта идея работает, следующий шаг – посмотреть, возможно ли масштабировать этот процесс и производить достаточное количество дрожжей для коммерческого использования.
