Запасы нефти тают, цены растут, и все чаще мы смотрим в сторону микроорганизмов — они умеют превращать возобновляемое сырье в топливо, пластики и ароматизаторы. Но для этого им нужны особые инструменты — ферменты. Проблема в том, что их поиск и проверка занимают месяцы. Ученые из Университета Кобе придумали, как за день протестировать тысячи кандидатов и выбрать лучший.

Ферменты — это белковые молекулы, которые ускоряют химические реакции в живых клетках. Их можно сравнить с высокоточными инструментами: каждый фермент выполняет одну задачу, например, расщепляет сахар или синтезирует спирт. В биопроизводстве их используют как «зеленые» катализаторы — они работают при умеренных температурах и не требуют токсичных веществ.

В открытых базах данных — больше 200 миллионов ферментов, но большинство описаны лишь теоретически. Проверить каждый вручную — нереально. Японские биоинженеры разработали метод автоматической сортировки ферментов по группам, чтобы выбрать самые перспективные и проверить только их. Роботизированная система за сутки тестирует, как ферменты справляются с разным сырьем.

Команда проверила почти 7000 ферментов, участвующих в производстве основ для биотоплива и пластиков. В журнале ACS Catalysis они сообщили: нашли фермент, который работает в 10 раз эффективнее промышленного стандарта. При этом он так же универсален — подходит для разных видов сырья.

Почему это важно

• Метод позволяет быстро находить скрытые «жемчужины» в огромных базах данных.
• Данные о различиях между ферментами помогают понять, какие их части отвечают за нужные свойства. Это ускорит создание улучшенных версий.

Кто контролирует ферменты — тот контролирует биопроизводство, — говорит Томохиса Хасунума, руководитель исследования.

Сейчас его команда работает над ИИ, который сможет предсказывать функции ферментов точнее.

Это исследование сокращает путь от теории к практике. Сейчас биопроизводство упирается в долгий подбор ферментов. Новый метод ускоряет процесс в сотни раз, снижая затраты. Например:

• Биотопливо — можно быстрее находить ферменты, превращающие отходы сельхозпроизводства в этанол.
• Экологичные пластики — ферменты помогут создавать разлагаемые полимеры из растительного сырья.
• Фармацевтика — ускоренный поиск ферментов для синтеза лекарств.

Главный плюс — технология масштабируема. Ее можно адаптировать под любые задачи, где нужны эффективные биокатализаторы.

Метод все еще требует лабораторной проверки отобранных ферментов — робот не заменяет весь процесс. Также неясно, как система справится с более сложными реакциями, где важна не только активность, но и стабильность фермента в промышленных условиях.

Ранее российские ученые создали наномембранный реактор для производства биотоплива.