Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een kunstmatige enzymatische route ontwikkeld voor het synthetiseren van isoprenoïden, of terpenen, in E coli . Deze kortere, efficiënter, kosteneffectieve en aanpasbare trajecttransformaties E coli in een fabriek die terpenen kan produceren voor gebruik in alles, van kankermedicijnen tot biobrandstoffen.

Terpenen zijn een grote klasse van natuurlijk voorkomende moleculen die nuttig zijn in industrieën variërend van farmaceutica en cosmetica tot voedsel en biobrandstoffen. In de natuur, terpenen komen voor in planten en microben; bijvoorbeeld, lycopeen, dat tomaten hun kleur geeft, is een terpeen.

Omdat het niet praktisch is om deze moleculen rechtstreeks uit hun natuurlijke bronnen te halen, wetenschappers kunnen biosynthese gebruiken om ze te produceren. Echter, het biosynthetiseren van terpenen is van oudsher een uitdaging gebleken.

"Terpenen zijn moeilijk te biosynthetiseren omdat de methoden van de natuur om de bouwstenen van deze moleculen te maken lang zijn, gecompliceerd en omvatten enzymen die moeilijk te construeren zijn, " zegt Gavin Williams, universitair hoofddocent scheikunde bij NC State en hoofdauteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "Deze moeilijkheden maken het op hun beurt moeilijk om microben te manipuleren om deze moleculen in grote hoeveelheden te produceren."

Williams werkt met E coli , het inbrengen van enzymatische paden in de bacteriën die ze transformeren in kleine moleculaire productiefabrieken. Met voormalig Ph.D. student Sean Lund, en huidige afgestudeerde student Rachael Hall, Williams ontwierp een kunstmatige route voor terpeensynthese die slechts twee enzymen gebruikt, in plaats van de zes of zeven die voorkomen in natuurlijke paden.

"De natuur gebruikt ongeveer twee routes voor terpeensynthese, en elk bestaat uit zes of zeven enzymen, Williams zegt. "We hebben een derde route gemaakt - een kortere weg - met twee enzymen die in de natuur voorkomen, maar die zijn normaal gesproken niet betrokken bij dit pad."

Een van de belangrijkste enzymen die Williams en zijn team gebruikten - een zure fosfatase (PhoN) - verwijdert normaal gesproken fosfaten. Maar in het kunstmatige pad, dit enzym voert slim de omgekeerde reactie uit. "PhoN is hier bijzonder handig, vanwege zijn promiscue karakter, "zegt Williams. "Promiscuïteit in enzymen betekent dat ze dezelfde transformatie op veel verschillende moleculen kunnen uitvoeren."

Het team ontwikkelde E coli om verschillende soorten terpeen te produceren met de vereenvoudigde route, inclusief lycopeen. Ze ontdekten dat het nieuwe pad even productief was als langer, moeilijker te ontwerpen trajecten die momenteel in gebruik zijn.

"Deze eenvoudige, prototypische route en stam is net zo effectief als die welke uitgebreid zijn ontwikkeld bij het vervaardigen van de moleculen van belang, "zegt Williams. "En omdat het pad promiscue is, het is aanpasbaar."

De volgende stappen voor de onderzoekers omvatten het gebruik van de route om terpenen te maken die nieuw zijn voor de natuur voor gebruik in verbindingen die te duur zijn om met de huidige methoden te produceren.

Het werk verschijnt in ACS synthetische biologie .