Эфиры для ароматизаторов и вкусовых добавок – из бактерий (вместо нефти)
Свежие бананы, роза, черника: запахи в лаборатории калифорнийского химики Шота Ацуми (Shota Atsumi) выделяют ее на фоне соседних помещений. Всё потому, что Ацуми и его группа заставляют бактерий вырабатывать сложные эфиры – молекулы, которые широко используются в создании ароматизаторови вкусовых добавок.
Более того, почти все химические вещества промышленного значения, от искусственных ароматизаторов до топлива и красок, получают из нефти и газа, говорит Ацуми. «Наша же цель – вырабатывать химикалии из возобновляемых источников. Ароматизаторы и усилители вкуса – это глобальная индустрия, с ежегодным оборотом в 20 миллиардов долларов», - говорит Ацуми.
Сложные эфиры – это молекулы, где две цепочки атомов углерода соединяются посредством атома кислорода. С точки зрения химии, они получаются из реакции алкоголя с органическими кислотами. Но термодинамика реакции такова, что гораздо легче расщепить эфир, чем синтезировать его.
Живые клетки также способны вырабатывать эфиры. Например, безо всякой высокой температуры или особых условий, дрожжи выделяют эфиры, придающие вкус вину и пиву. «Эта реакция – очень трудна с точки зрения химии, но биологически ее осуществить несложно. Природа дает нам потрясающую систему», - утверждает Ацуми.
В природе эфиры получаются из молекул ацил-кофермента А (ацил-КоА) с помощью класса ферментов, известного как алкоголь О-ацетилтрансферазы. Ацил-КоА состоят из углеродных цепочек различной длины, прикрепленных к субъединице кофермента-А. Потеря последнего во время реакции и обеспечивает весь процесс энергией. А изменение «ацил-»овой части молекулы ацил-КоА меняет тип вырабатываемого эфира.
Ацуми, аспирант Габриэль Родригес (Gabriel Rodriquez) и постдок Ёхеи Тасиро (Yohei Tashiro) извлекли из дрожжей гены, отвечающие за биохимические каскады реакций, и ввели их в бактерии E. coli (стандартного модельного организма в генной инженерии). «Подкручивая» метаболический путь Ацил КоА, они манипулируют одной половинкой эфира; регулируя путь, вырабатывающий алкоголь в клетке, а также закрывая другие потенциальные пути, они управляют другой половинкой. В итоге они сняли с бактерий «урожай» эфиров.
Только что запатентованная техника открывает возможности для получения самых разных эфиров в биологических системах, говорит Ацуми. Исходное сырье для бактерий – это сахара, получаемые из возобновляемых источников биомассы. В конечном счете Ацуми надеется встроить новые метаболические пути в цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые получают энергию непосредственно от Солнца (а углерод – из атмосферы).
Исследование представлено в журнале Nature Chemical Biology.
По материалам пресс-релиза Калифорнийского университета в Дэвисе.
Артём Космарский nauka21vek.ru