Les scientifiques exploitent une réaction nouvelle à la nature chez E. coli pour transformer les plastiques jetés en médicaments vitaux, traduisant un chemin durable pour la fabrication de produits chimiques.
unUne comparaison des stratégies pour la formation de liaisons C – N via le réarrangement Losten dans la chimie organique synthétique ou via des voies de chorismate dans le métabolisme cellulaire. bLa fusion proposée de la chimie de réarrangement des pertes non enzymatiques avec métabolisme cellulaire pour la synthèse durable et la bio-lycée des déchets plastiques. LG, quittant le groupe.
Dans une étude récente Publié dans la revue Chimie de la natureles chercheurs ont démontré une première expérience en son genre dans laquelle ils ont permis Escherichia coli Bactéries pour catalyser une réaction chimique classique mais nouvelle: La transformation catalytique des hydroxamates acyle activés en amines.
Leur expérience marque une percée dans le champ relativement naissant des réactions biocompatibles. Il a permis aux chercheurs de tirer parti du réarrangement Losten, une réaction catalytique de chimie organique synthétique nouvelle à la nature, pour convertir les déchets en plastique (téréphtalate de polyéthylène (TEP)) en paracétamol. En mélangeant la chimie synthétique avec les systèmes vivants, l'étude pionniers une nouvelle vague de bio-fabrication, où les microbes recyclent nos déchets et nous donnent des médicaments vitaux.
Sommaire
Arrière-plan
La machinerie mondiale de biotechnologie utilise largement les microbes, notamment Escherichia colicomme chevaux de bataille pour la fabrication bon marché, efficace et à grande échelle de plusieurs produits chimiques précieux. Malheureusement, la biotechnologie traditionnelle est limitée dans sa capacité à manipuler les kits d'outils génétiques des microbes, limitant gravement la portée de leurs applications. Plusieurs réactions chimiques, telles que le réarrangement Losten, restent limitées aux laboratoires de chimie synthétiques et à leurs inconvénients d'évolutivité associés.
Pour aborder cette limitation et étendre l'influence de la biotechnologie, un concept relativement nouveau appelé «chimie biocompatible» prend rapidement de l'ampleur. Le concept combine des réactions organiques non enzymatiques dirigées par l'homme et un métabolisme cellulaire naturel, en élargissant considérablement les matières premières que les microbes peuvent consommer et les produits qu'ils peuvent produire.
Bien que la chimie biocompatible puisse, en théorie, permettre aux microbes génétiquement modifiés de convertir les ordures en biocarburants ou même pharmaceutiques, le défi complexe de réaliser une chimie non toxique et efficace dans des conditions physiologiques doit être rencontrée. Jusqu'à présent, atteindre cet équilibre délicat est resté un défi important.
À propos de l'étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont découvert que les ions phosphatés présents dans les milieux de croissance bactérienne standard peuvent catalyser le réarrangement de perte dans des conditions biologiquement compatibles. Décrite en 1872 par Wilhelm Losten, cette expérience restreinte de la lumique synthétique jusqu'à présent implique le réarrangement catalysé par le phosphate d'un ester hydroxamate de phényle en un produit d'amine primaire.
Pour reproduire les réarrangements Losten dans les cellules vivantes, les chercheurs ont d'abord synthétisé un substrat d'hydroxamate activé portant un groupe para-carboxyle. Dans les milieux aqueux M9 à 37 ° C, le phosphate dans le milieu de croissance catalyse ce substrat en para-aminobenzoate (PABA), un précurseur essentiel pour la biosynthèse du folate.
Ils ont testé la configuration en utilisant E. coli Les souches dépourvues de gènes PABA / B (ΔPABB ou ΔPABA / B) ou aroc les rendent incapables de produire du PABA et donc incapable de se développer. Avec le substrat Losten ajouté, les bactéries ont repris la croissance, un processus appelé «sauvetage auxotrophs». Cela suggère que les bactéries peuvent désormais effectuer la réaction de perte et utiliser ce produit comme source de nutriments, servant de lecture fonctionnelle claire que la réaction a réussi à intégrer avec succès E. coli métabolisme.
Pour démontrer le potentiel d'application de ce roman E. coli Strain, les chercheurs ont mené deux expériences successives: 1. substrat dérivé de TEP et 2. Synthèse du paracétamol. Les chercheurs ont d'abord traité chimiquement une bouteille de polyéthylène téréphtalate (TEP) dans un précurseur d'hydroxamate perte à l'extérieur de la cellule. Ils ont ensuite développé une culture affamée de nutriments de leur ingénieur E. coli Sur leur précurseur de perte, observant une croissance restaurée (à un taux d'environ 0,33 H⁻¹), démontrant une conversion plastique à nutriments.
Enfin, ils ont utilisé génétiquement modifié E. coli Des souches exprimant l'aminobenzoate hydroxylase (ABH60) et le NADH (ABH60) et de l'acétyl-CoA arylamine N-acyltransférase (PANAT), provenant d'un champignon et un autre bactérie, respectivement, pour convertir leur précurseur de perte. Les premières tentatives avec une seule tension d'ingénierie ont conduit à la formation de produits latéraux indésirables; Les chercheurs l'ont abordé en développant un système à deux déformations plus efficace, chaque contrainte effectuant une étape de la conversion.
Résultats de l'étude
Cette étude marque une étape importante dans la recherche biocompatible en chimie, démontrant que les composés organiques non enzymatiques synthétisés chimiquement peuvent être intégrés dans le monde naturel et traités à l'aide du métabolisme de l'hôte préexistant, élargissant considérablement la portée de la biotechnologie de demain. Ses résultats ont révélé que le réarrangement Losten, une réaction chimique précédemment limitée aux laboratoires de chimie spécialisés, était réalisable dans des conditions de routine, aqueuses et physiologiques et non toxiques in vivo.
L'étude a identifié l'auxotrophe E. coli Des souches capables de convertir un substrat de perte de perte synthétisé sur mesure en nutriments favorisant la croissance (PABA), confirmant l'intégration du réarrangement Losten dans les machines cellulaires des bactéries.
L'étude a en outre révélé que ces bactéries modifiées étaient capables non seulement de dégrader les déchets pour animaux de compagnie (biorestauration), mais aussi de leurs sous -variants génétiquement améliorés (ABH60 et des souches exprimant Panat) convertissant les déchets pour animaux de compagnie en paracétamol, l'Organisation mondiale de la santé (WHO) recommandée par la première ligne de première ligne contre la fièvre et la douleur.
Enfin, l'étude a confirmé que ce système fonctionnait de manière similaire à travers une gamme de substrats à perte et de cibles de réaction, faisant allusion à une plate-forme généralisable pour les transformations chimiques non natives dans les cellules vivantes.
Conclusions
La présente étude met en évidence le potentiel de la recherche biocompatible en chimie pour révolutionner la production chimique de demain. Il démontre une nouvelle souche de E. coli bactéries capables de combiner l'ingéniosité humaine avec sa machinerie cellulaire naturelle pour obtenir un réarrangement à perte. Il canalise les produits qui en résultent en croissance et en production pharmaceutique, même à partir des déchets en plastique (PET).
Cette recherche brouille la frontière entre la chimie et la biotechnologie, offrant une nouvelle voie vers les matériaux upcycle et synthétiser les composés à valeur ajoutée. Bien que ce processus soit actuellement une preuve de principe et l'optimisation des rendements et le réglage de la voie demeure les défis, ce travail jette une base pour des systèmes durables basés sur les cellules qui fusionnent les réactions abiotiques avec le métabolisme.
