NCB: разработана экологичная альтернатива промышленным жирным кислотам
Многие повседневные продукты — от стиральных порошков и косметики до шоколада — содержат жирные кислоты, полученные из пальмового или кокосового масла. Однако их добыча связана с серьезными экологическими последствиями: вырубкой тропических лесов, уничтожением среды обитания редких видов и утратой источников дохода для местных сообществ. Международная группа ученых под руководством профессора Мартина Гринингера из Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга Гете предложила биотехнологический способ, который может заменить растительное сырье ферментативным производством. Работа опубликована в журнале Nature Chemical Biology (NCB).
В центре исследования находился жирнокислотный синтаз — фермент, который можно представить как молекулярный конвейер. Он присутствует во всех живых организмах и отвечает за сборку жирных кислот из более простых строительных блоков. В естественных условиях этот фермент почти всегда синтезирует пальмитиновую кислоту с цепочкой из 16 атомов углерода. Однако промышленности чаще требуются более короткие жирные кислоты (с 6–14 атомами углерода), которые сегодня в основном получают из пальмовых плантаций.
Как объяснил Мартин Гринингер, принципиальное преимущество нового подхода заключается в точном контроле длины углеродной цепи. Теоретически модифицированный фермент позволяет получать жирные кислоты практически любой заданной длины. В работе это продемонстрировано на примере лауриновой кислоты (C12), которая в природе добывается главным образом из пальмовых косточек и кокоса.
Ключ к управлению длиной цепи — взаимодействие двух частей фермента. Одна из них последовательно удлиняет молекулу, добавляя по два атома углерода, а другая "обрывает" процесс, высвобождая готовую жирную кислоту. Докторант Дамиан Людиг с помощью методов белковой инженерии внес две точечные модификации: изменил одну аминокислоту в удлиняющем домене, снизив эффективность дальнейшего роста цепи, и заменил "отрезающую" часть фермента на бактериальный аналог, предпочитающий короткие цепи. В результате удалось целенаправленно синтезировать коротко- и среднецепочечные жирные кислоты.
Решающим этапом стало сотрудничество с группой профессора Юнцзиня Чжоу из Даляньского института химической физики Китайской академии наук. Там были созданы штаммы дрожжей, в которые встроили модифицированные ферменты. Эти микроорганизмы начали производить преимущественно жирные кислоты с 12 атомами углерода вместо стандартных C16. Обе научные группы уже подали патенты на свои разработки и ищут промышленных партнеров для масштабирования технологии.
Работа ученых демонстрирует, что ферментативные системы могут стать основой устойчивой "зеленой" химии. Если технология будет успешно внедрена в промышленность, она позволит сократить зависимость от пальмового масла и снизить нагрузку на экосистемы тропических регионов, заменив агрессивную добычу сырья управляемым биосинтезом.