Янтарная кислота является важным предшественником фармацевтических и косметических продуктов, а также используется в качестве компонента биоразлагаемых пластиков. В настоящее время его получают в основном в результате процессов, основанных на нефти. Исследователи из кампуса Мюнхенского технического университета (TUM) в Штраубинге используют морскую бактерию Vibrio natriegens в качестве биокатализатора. Это может позволить производить янтарную кислоту в устойчивых процессах с использованием возобновляемого сырья.
Морская бактерия Vibrio natriegens отличается чрезвычайно быстрым ростом. Это самый быстрорастущий непатогенный организм, обнаруженный на сегодняшний день. Это сочетается с их чрезвычайно быстрым поглощением субстратов — реагентов, расходуемых в каталитических реакциях. «Мы прилагаем все усилия, чтобы внедрить Vibrio natriegens в биотехнологии », — говорит Бастиан Бломбах, профессор микробной биотехнологии в ТУМ.
Команда профессора Бломбаха в кампусе ТУМ в Штраубинге по биотехнологии и устойчивому развитию изучает способы использования этих морских бактерий, чтобы сделать производственные процессы более эффективными с точки зрения времени, тем самым сберегая ресурсы и уменьшая масштабы биотехнологических объектов.
Морская бактерия помогает производить янтарную кислоту
Теперь исследователям удалось на примере янтарной кислоты продемонстрировать потенциал морской бактерии. Янтарная кислота представляет собой органическое вещество, содержащееся в окаменелых смолах, таких как янтарь и битуминозный уголь. В природе его можно найти, например, в незрелом винограде, ревене и помидорах.
Сукцинат, соль янтарной кислоты, присутствует в метаболизме всех организмов, где он используется на промежуточной стадии расщепления глюкозы. Естественное присутствие янтарной кислоты в метаболических процессах в настоящее время используется в биотехнологии для производства кислоты с помощью микроорганизмов, таких как морские бактерии, изученные исследователями ТУМ. Это требует понимания метаболического действия микробных платформ, таких как Vibrio natriegens.
Потенциал промышленной биотехнологии
Команда профессора Бломбаха применяет методы метаболической инженерии для разработки этих инновационных микробных систем для промышленной биотехнологии. С помощью передовых методов генной инженерии можно создавать индивидуальные клеточные фабрики.
Доктор Феликс Тома, исследователь микробной биотехнологии и первый автор исследования, объясняет, как команда производила янтарную кислоту: «Мы наполнили пластиковые пробирки физиологическим раствором, в котором процветает Vibrio natriegens, добавили глюкозу и герметично запечатали их. В отсутствие кислорода бактерии превращали сахар и растворенный в среде CO 2 в янтарную кислоту. Процесс завершался примерно через два-три часа».
На следующем этапе исследователи провели эксперименты в биореакторе, где они могли контролировать уровень pH, который в противном случае постепенно становится негостеприимным по мере образования кислоты. Это также позволяло им постоянно подавать ко-субстрат, CO 2 .
Бактерия скоро станет ключевым технологическим партнером
Янтарная кислота входит в число 12 ключевых продуктов, где биотехнологическое производство могло бы в будущем успешно конкурировать с нефтехимическими методами. «Наши результаты всего за два года опытно-конструкторских работ с Vibrio natriegens сопоставимы с теми, что мы наблюдаем в других системах через 15 или 20 лет. Это делает эту морскую бактерию новым и мощным игроком в промышленной биотехнологии», — говорит Тома.
Путем целенаправленных генетических модификаций исследовательской группе удалось оптимизировать метаболизм бактерии до такой степени, что она эффективно превращает глюкозу в янтарную кислоту с высокой производительностью. «На пути к жизнеспособному промышленному процессу еще многое предстоит сделать с точки зрения проектирования процесса», — говорит профессор Бломбах. В настоящее время команда работает над разработкой процесса с Vibrio natriegens и возможностью использования возобновляемого сырья и потоков отходов, которые не конкурируют с пищевой промышленностью.
