Солнечные коллекторы станут основой для дрожжевых клеточных биофабрик
Исследователи из Гарвардского университета представили адаптивное решение для создания дрожжевых биогибридов с улучшенным метаболизмом, активируемым световой энергией.
Ученые уже используют генномодифицированные бактерии в сочетании с полупроводниковыми технологиями, вроде крышных солнечных коллекторов, для повышения потенциала микроорганизма с помощью света, сообщает sciencedaily.com. Первые «биологически-неорганические гибридные системы» (биогибриды) обычно фокусировались на захвате атмосферного углекислого газа и производства возобновляемой энергии. Они также указали на основные проблемы технологии. Так, полупроводники, часто изготавливаемые из токсичных металлов, вредили бактериям при прямом соединении. Использование видов, специализирующихся на захвате углерода, ограничивало функциональность системы.
Исследователи из Гарвардского Института биологических наук Висса и других университетских структур предложили более эффективное решение, основанное на использовании дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Выводы проекта представлены в Science.
«Мы использовали модульный полупроводниковый компонент, передающий биохимическую энергию дрожжевым метаболическим механизмам, не отравляя микроорганизмы, — объяснил Нил Джоши, один из руководителей проекта. – В результате значительно улучшилась способность дрожжей производить шикимовую кислоту, важное сырье противовирусного препарата Tamiflu и ряда других продуктов».
Генетически модифицировав центральный метаболизм вида, ученые заставили клетки задействовать больше углеродных атомов для синтеза вещества без их потери через альтернативные процессы, нарушив один из них.
«Так мы получили необходимую энергию, необходимую для последнего этапа синтеза шикимовой кислоты, — сказал доктор Мигель Суастегуи, один из первых авторов работы. – Мы предположили, что, для повышения эффективности процесса, сможем производить переносящую энергию молекулу NADPH в биогибридах, использующих светособирающие полупроводники».
Ученые использовали фосфид индия. Его наночастицы покрыли природным полифенольным «клеем», позволившим прикрепить структуры на поверхность дрожжевых клеток, одновременно защитив их от токсичного действия металла. При нанесении на солнечный коллектор и подсветке полупроводники собирали электроны, передавая их цитоплазме микроорганизма. В результате клетки производили больше NADPH, стимулируя синтез шикимовой кислоты (в 11 раз больше, чем обычно).
«Подход способен в корне изменить наше взаимодействие с окружающей средой, позволив более творчески и эффективно производить энергию, лекарства и химикаты», — прокомментировал доктор Дональд Ингбер, директор-учредитель Института Висса.
