Onderzoekers van de Universiteit van Nagoya gebruiken E.coli om benzeen om te zetten in fenol, het vereenvoudigen van een chemische reactie die met conventionele methoden moeilijk is

Het verbreken van koolstof-waterstofbindingen is notoir moeilijk in laboratoriumchemie, toch doet de natuur het moeiteloos. Nutsvoorzieningen, wetenschappers hebben E.coli-bacteriën gebruikt om de C-H-bindingen in benzeen te oxideren om fenol te genereren, met een genetisch ingevoegd enzym (cytochroom P450BM3), die oorspronkelijk evolueerde om zich op andere moleculen te richten, vetzuren met een lange keten.

Het is over het algemeen lastig om enzymen nieuwe reacties te laten doen - de biochemie van levende cellen effectief kapen voor onze eigen doeleinden - met zware omstandigheden of genetische modificatie van de enzymen zelf.

Echter, onderzoekers van de Universiteit van Nagoya hebben dit opgelost door "lokmiddel"-moleculen te gebruiken, die de natuurlijke doelwitten (substraten) van natuurlijk voorkomende enzymen nabootsen, om de gewenste reactie te activeren.

Zoals gemeld in Internationale editie van Angewandte Chemie , het onderzoeksteam creëerde een verbinding - genaamd C7-Pro-Phe - op basis van aminozuren. Dit lokmolecuul lijkt op de vetzuren die E.coli metaboliseert. Steek de lokvogel in een E.coli-cel, en het zal verkeerd worden herkend als een vetzuur, activering van het ingevoegde P450-enzym teweegbrengen. Lever nu benzeen (C6H6), en de bacteriën krijgen het druk, oxiderende C6H6 tot C6H6O (fenol). De gebruikelijke laboratoriumkit is niet nodig - levende cellen kunnen stil en efficiënt complexe chemie uitvoeren.

"Het voordeel van ons systeem is dat C7-Pro-Phe gemakkelijk kan worden opgenomen door de bacteriën, waar het P450BM3 in de cel activeert. Dit verandert effectief elke bacterie in een biokatalysator voor hele cellen, " studie eerste auteur Masayuki Karasawa zegt. "De cel is een optimale setting voor de biochemische reactie. De lokvogels hermodelleren de actieve plaats van het enzym, ons controle geven over aspecten van de reactie, zoals stereoselectiviteit."

Het enige dat nodig is, is een directe voorraad glucose – die kan worden gerecycled uit afvalproducten – om de E.coli te voeden.

Omdat een natuurlijk voorkomende – in plaats van genetisch gemodificeerde – variant van het enzym tot expressie wordt gebracht door de E.coli, het is waarschijnlijk dat andere bacteriën ook met hetzelfde gen kunnen worden gemodificeerd om deze taak uit te voeren. Bovendien, verschillende lokvogels kunnen geschikt zijn voor verschillende substraten of bacteriën. "Een gecombineerd programma van lokstofscreening en mutagenese zou een veelzijdige toolkit kunnen creëren voor reacties van hele cellen met behulp van bacteriën, " zegt co-auteur Osami Shoji.