Forskere skaber genvej til terpenbiosyntese i E. coli

Forskere fra North Carolina State University har udviklet en kunstig enzymatisk vej til syntetisering af isoprenoider, eller terpener, i E coli . Denne kortere, mere effektivt, omkostningseffektive og tilpasselige forløbstransformationer E coli ind i en fabrik, der kan producere terpener til brug i alt fra kræftmedicin til biobrændstoffer.

Terpener er en stor klasse af naturligt forekommende molekyler, der er nyttige i industrier lige fra lægemidler og kosmetik til fødevarer og biobrændstoffer. I naturen, terpener findes i planter og mikrober; for eksempel, lycopen - som giver tomater deres farve - er en terpen.

Da det ikke er praktisk at udvinde disse molekyler direkte fra deres naturlige kilder, videnskabsmænd kan bruge biosyntese til at producere dem. Imidlertid, biosyntetisering af terpener har traditionelt vist sig at være udfordrende.

"Terpener er svære at biosyntetisere, fordi naturens metoder til at lave byggestenene i disse molekyler er lange, komplicerede og involverer enzymer, der er svære at konstruere, " siger Gavin Williams, lektor i kemi ved NC State og hovedforfatter på et papir, der beskriver arbejdet. "Disse vanskeligheder gør det igen svært at konstruere mikrober til at fremstille disse molekyler i store mængder."

Williams arbejder med E coli , indsætte enzymatiske veje i bakterierne, der omdanner dem til små molekylære produktionsfabrikker. Med tidligere ph.d. studerende Sean Lund, og nuværende kandidatstuderende Rachael Hall, Williams designede en kunstig vej til terpensyntese, der kun bruger to enzymer, snarere end de seks eller syv, der forekommer i naturlige veje.

"Naturen bruger cirka to veje til terpensyntese, og hver består af seks eller syv enzymer, " siger Williams. "Vi skabte en tredje rute - en genvej - med to enzymer, der forekommer i naturen, men det er normalt ikke involveret i denne vej."

Et af de vigtigste enzymer, Williams og hans team brugte - en sur fosfatase (PhoN) - fjerner normalt fosfater. Men i den kunstige vej, dette enzym udfører smart den omvendte reaktion. "PhoN er særlig nyttig her, på grund af sin promiskuøse natur, "Siger Williams. "Promiskuitet i enzymer betyder, at de kan udføre den samme transformation på mange forskellige molekyler."

Holdet konstruerede E coli at producere flere forskellige varianter af terpen med den forenklede vej, inklusive lycopen. De fandt ud af, at den nye vej var lige så produktiv som længere, mere vanskelige at konstruere veje i brug.

"Dette enkle, prototypiske veje og stammer er lige så effektive som dem, der er blevet omfattende konstrueret til fremstilling af de molekyler af interesse, " siger Williams. "Og fordi vejen er promiskuøs, det kan tilpasses."

Næste trin for forskerne inkluderer at bruge vejen til at fremstille terpener, der er nye for naturen til brug i forbindelser, der er for dyre at fremstille med nuværende metoder.

Værket optræder i ACS syntetisk biologi .