Новости и мнения

Солнечные дрожжи – более эффективные заводы по производству лекарств

Дрожжи на солнечной энергии – более эффективные фабрики лекарств

Исследователи оснастили пивные дрожжи светоуборочными полупроводниками для повышения химической производительности.

N

согласно данным журнала Science, аночастицы фосфида индия – полупроводникового материала, используемого в солнечных элементах – устанавливаются на поверхность Saccharomyces cerevisiae, что позволяет дрожжам использовать свет для подпитки биосинтетических путей.   сегодня (15 ноября). В экспериментах с доказательством принципиальности исследователи увеличили производство шикимовой кислоты, предшественника, важного для синтеза многочисленных лекарств и химических веществ.

«Они смогли связать захват солнечной энергии с метаболизмом клетки, а затем, благодаря некоторой умной инженерии клеточного метаболизма, произвести много. , , шикимовая кислота », – говорит биохимик Пол Кинг из Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Колорадо, который не принимал участия в исследовании. «Здесь много изобретательности, – добавляет он, – они проходили разные дисциплины. , , создать что-то, что делает довольно большой прогресс ».

Прогресс в области биотехнологии позволил генетически сконструировать микробы, в частности, хорошо охарактеризованные пивные дрожжи S. cerevisiae, для производства дешевого и эффективного ряда целевых препаратов и соединений, некоторые из которых уже находятся в промышленном производстве.

Но одним из узких мест в таких путях биосинтеза, в том числе при производстве шикимовой кислоты в технических дрожжах, является наличие соединения, которое помогает в анаболических реакциях, то есть в синтезе более крупных молекул из более мелких компонентов. Он называется никотинамид-аденин-динуклеотидфосфатом (НАДФН). Как объясняет Нил Джоши , инженер-химик и биолог из Гарвардского университета, который руководил исследованиями, молекула жертвует электроны на такие биосинтетические реакции в форме гидрид-ионов.

Чтобы найти другой источник электронов, группа Джоши обратилась к технологии солнечных батарей. Полупроводниковые материалы, используемые в таких элементах, очень эффективны при получении электронов при воздействии света, и, кроме того, существуют прецеденты для использования таких материалов в биологических исследованиях. Например, в докладе Пейдонга Янга из Калифорнийского университета в Беркли и его коллегах в 2016 году описано использование полупроводниковых наночастиц сульфида кадмия для обеспечения бактерий дополнительной энергией для синтеза уксусной кислоты.

Он объяснил, что команда Джоши решила использовать полупроводниковый фосфид индия, а не сульфид кадмия, потому что он менее токсичен для клеток. Исследователи покрыли наночастицы полифенолами, которые, по словам Джоши, действуют как неспецифический клейкий клей, чтобы прикрепить их к поверхности клеток S. cerevisiae . Дрожжи были генетически сконструированы для перепроизводства шикимовой кислоты, но с добавлением наночастиц и источника белого света урожайность выросла в три-четыре раза. Такое усиление не было видно без света или когда наночастицы не были собраны на клетках, что указывает на то, что именно пожертвования электронов под действием света были ответственны за увеличение производства.

По словам Кинга, помимо системы шикимовой кислоты, система Джоши и его коллег может использоваться для широкого спектра химических веществ, производимых дрожжами. «Они на самом деле просто стимулируют химическую форму солнечной энергии в форме NADPH, поэтому они не привязаны к одному конкретному результату».

Возьмем, к примеру, производство бензилизохинолина (структурную основу многих лекарств, включая морфин и кодеин) биоинженерными дрожжами – в настоящее время только на этапе исследований. По словам Джоши, для химических стадий требуется значительно больше молекул NADPH, чем для производства шикимовой кислоты. По его словам, такая система преобразования NADPH может значительно выиграть от этой системы преобразования солнечной энергии.

«Эта идея использования и сочетания путей реакции в целых организмах с исключительной способностью полупроводниковых наноматериалов собирать солнечную энергию является довольно мощной», – пишет Ян, который не принимал участия в исследовании, в электронном письме The Scientist . «Это в корне изменит наше представление о химической и фармацевтической промышленности и приведет их к возобновляемым маршрутам производства».

J. Guo et al., «Тонкое химическое производство на основе света в дрожжевых биогибридах», Science , 362: 813-16, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *