PNAS: Ученые превратили бактерии в целлюлозные мини-фабрики

Бактерии производят материалы, которые интересуют человека: целлюлозу, шёлк и минералы. Преимущество такого способа производства в устойчивости, простоте — процесс происходит при комнатной температуре и в воде — и экологичности. Недостаток — в длительности процесса и малых объёмах продукции, что не подходит для промышленного использования.

Исследователи работают над тем, чтобы бактерии быстрее производили большие объёмы нужного продукта. Для этого нужно либо изменить геном бактерий, либо выбрать наиболее подходящие штаммы и их культивировать.

Исследовательская группа под руководством профессора Андре Штударта из ETH Zurich предложила новый подход. Они использовали бактерию Komagataeibacter sucrofermentans, которая производит целлюлозу.

Учёные применили принципы естественного отбора и быстро получили десятки тысяч вариантов бактерии. Затем они отобрали те штаммы, которые производят больше всего целлюлозы. Этот материал широко используется в биомедицине, производстве упаковочных материалов и текстиля. Два свойства этой целлюлозы — она способствует заживлению ран и предотвращает инфекции.

Бактерии растут медленно и производят ограниченное количество целлюлозы, поэтому учёные искали способ увеличить её производство.

Исследователь Жюли Лоран разработала метод, который позволил получить новые варианты бактерии Komagataeibacter. Эти варианты производят на 70% больше целлюлозы по сравнению с исходной формой бактерии.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале PNAS.

Ускорение эволюции с помощью ультрафиолетового света

Для получения новых вариантов бактерии Жюли облучила бактериальные клетки ультрафиолетовым светом, что вызвало мутации в ДНК бактерий. Затем она поместила бактерии в тёмное помещение, чтобы предотвратить восстановление ДНК и закрепить мутации.

С помощью миниатюрного аппарата она поместила бактериальные клетки в питательный раствор и позволила им вырабатывать целлюлозу. Затем, используя флуоресцентную микроскопию, она проанализировала, сколько целлюлозы произвела каждая клетка.

Команда Штударта применила систему сортировки, разработанную группой химика Эндрю-де Мелло из ETH. Эта система автоматически отсортировала те клетки, которые производят много целлюлозы. Она работает быстро: за несколько минут сканирует лазером полмиллиона капель и выбирает те, где больше всего целлюлозы. Осталось только четыре клетки, производящие на 50–70% больше целлюлозы, чем обычно.

Эволюционировавшие клетки K. sucrofermentans могут производить целлюлозу в стеклянных флаконах на границе между воздухом и водой. В природе такой материал весит 2-3 мг и имеет толщину около 1,5 мм. У новых эволюционировавших вариантов целлюлозные маты тяжелее и толще почти в два раза, чем у дикого типа.

Джули Лоран и её коллеги проанализировали четыре варианта с генетической точки зрения. Они хотели выяснить, какие гены изменились под воздействием ультрафиолетового света и как эти изменения привели к перепроизводству целлюлозы.

Оказалось, что у всех четырёх вариантов была одна и та же мутация в гене, который представляет собой чертёж фермента, расщепляющего белки — протеазы. При этом гены, контролирующие производство целлюлозы, не изменились. Исследователи предполагают, что протеаза разрушает белки, которые регулируют производство целлюлозы. Без этой регуляции клетка больше не может остановить процесс, — объясняет исследователь.

Ожидаются патенты

Новый подход применим к бактериям, производящим другие материалы.

Раньше такой подход использовали для создания бактерий, которые производят определённые белки или ферменты. Андре Штударт, профессор ETH, считает эту работу важной вехой. Исследователи хотят получить патент на подход и мутировавшие варианты бактерий.

В планах — сотрудничество с компаниями по производству бактериальной целлюлозы для тестирования нового микроорганизма в промышленных условиях.

30.07.2024


Подписаться в Telegram



Экология

LinUni: Опасные оранжевые почвы угрожают экосистеме больше, чем когда-либо
LinUni: Опасные оранжевые почвы угрожают экосистеме больше, чем когда-либо

Кислые сульфатные почвы имеют оранжевый оттено...

ТПУ: биомасса в топливе повышает его эффективность на 12%
ТПУ: биомасса в топливе повышает его эффективность на 12%

Новый вид шламового биотоплива разработал...

MPB: Космические спутники помогут искать пластиковый мусор на пляжах
MPB: Космические спутники помогут искать пластиковый мусор на пляжах

Новый метод обнаружения пластикового мусора на...

Science: Лесная растительность в Европе мигрирует на запад на 3,56 км ежегодно
Science: Лесная растительность в Европе мигрирует на запад на 3,56 км ежегодно

Многие виды европейских лесных растений переме...

STE: Ученые нашли нанопластик в тканях новорожденных
STE: Ученые нашли нанопластик в тканях новорожденных

Даже новорожденные грызуны могут столкнуться с...

Продовольственная система разрушена, и у нас осталось всего 60 урожаев
Продовольственная система разрушена, и у нас осталось всего 60 урожаев

Защитники окружающей среды, исследователи, фер...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
Phys.org: Ученые обнаружили 719 новых галактик в Великом аттракторе
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
PNAS: Создан реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
IFLScience: Червь, которого ученые не видели с 1956 года, был у всех на виду
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
ИИ помог восстановить 3d барельефа буддийского храма по фото 134-летней давности
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Ректор НИЯУ МИФИ призвал вузы запускать бизнес
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Как человек проживает смерть родных