Ученые определили принципы генерирования и использования энергии микробами
Исследователи показали, что могут переключить метаболизм с ферментации на дыхание у кишечной палочки и пекарских дрожжей, оптимизировав условия брожения. Изменения означают, что клетки будут вырабатывать больше внутренней энергии (аденозинтрифосфата).
Понимание того, как микробы генерируют и поглощают энергию, включая расположение белков в процессе, необходимо для работы с промышленным брожением, сообщает sciencedaily.com. Выводы исследования опубликованы в журнале PNAS.
«Информацию можно использовать для создания новых, улучшенных клеточных фабрик», — сказал ответственный автор, профессор Чалмерского технологического университета, директор Центра биостойкости Фонда Novo Nordisk Технического университета Дании, Йенс Нильсен.
Вместе с первым автором, Ю Ченом, специалист рассмотрел метаболизм кишечной палочки и пекарских дрожжей, использовав математические модели и биологические эксперименты.
Клетки непрерывно генерируют АТФ, высокоэнергетические молекулы, из глюкозы. Это – пища для ферментов. Они используют энергию для производства биомассы, выполнения других задач. Чем больше АТФ доступно, тем лучше микробы справляются с брожением. Но на процесс влияют и другие факторы. Использовав вычислительный подход, ученые выяснили, что АФТ генерируется 2 способами: производительным респираторным каналом, дающим 23,5 частицы на молекулу глюкозы и ферментативным – 11 частиц на молекулу.
Процессы дополняют друг друга. Но ученым удалось сместить природный баланс, изменив условия брожения, количество доступного сахара и белка. Команда показала, что респираторному каналу требуется больше протеиновой биомассы для поглощения глюкозы со скоростью ферментативного аналога.
Манипуляции позволили увеличить количество внутриклеточного АТФ без накопления побочных продуктов брожения: ацетата у кишечной палочки и этанола у пекарских дрожжей.
«Они снижают выход целевых молекул», — сказал Нильсен.
Опыты показали, что наибольшую эффективность обеспечивает использование обоих процессов. Вместо отключения ферментативного канала стоит увеличить количество доступного белка. Исследователи меняли условия брожения, не трогая геном микроорганизмов. Но результаты показывают генным инженерам, как манипулировать ДНК для воздействия на метаболизм.
