Біологи створили мікроорганізм з працюючим промисловим металоферментом

Подання не існувала раніше в природі реакції метатезису олефінів в E.coli з використанням рутенію на основі штучного металоферменту для отримання нових хімічних речовин з високим комерційним потенціалом.

Швейцарські біологи з Базельського університету (нім. Universität Basel) і Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (нім. Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, англ. Swiss Federal Institute of Technology Zurich) створили бактерії, всередині яких працює не штучний аналог. Цей білок, що містить атоми металу, здатний каталізувати промислові хімічні реакції всередині живої клітини. Результати дослідження вчених опубліковані в журналі Nature.

Металофермент, названий biot-Ru-SAV, був створений з використанням біотин-стрептавідинової технології. Цей метод заснований на високому спорідненні білка стрептавидину до вітаміну біотину. Різні сполуки, прив'язані до біотину, таким чином, можуть бути впроваджені в білок для створення штучних ферментів. В даному випадку вчені використовували металоорганічну речовину, яка містила в своїй основі рутеній.

Металоорганічні сполуки являють собою молекули, що мають щонайменше один зв'язок між металом і атомом вуглецю. Вони часто використовуються як каталізатори в промислових хімічних реакціях, проте погано функціонують у водних розчинах або в середовищах, що нагадують за своїм складом вміст біологічної клітини. Для вирішення цієї проблеми їх включають у білкові молекули.

Biot-Ru-SAV каталізує метатезу олефінів - реакцію між двома алкенами, які обмінюються групами атомів, що знаходяться при подвійних зв'язках. У результаті утворюється флуоресцентна молекула.

Вчені помістили штучний фермент у периплазму кишкової палички (Escherichia coli) - простір між плазматичною і зовнішньою мембранами бактеріальних клітин (присутній тільки у грамотрицьових мікроорганізмів). Середа периплазми набагато краще підходить для здійснення метатезису олефінів, оскільки в ній містяться низькі концентрації інгібіторів металоферментів, наприклад глутатіона.

Дослідники оптимізували biot-Ru-SAV з використанням принципів спрямованої еволюції. Вони імітували процес природного відбору, щоб отримати ферменти з поліпшеними властивостями. Для цього вчені створили тисячі варіантів металоферменту і відбирали найефективніші з них. Через кілька циклів, каталітичні характеристики biot-Ru-SAV помітно покращилися.