Wetenschappers uit Birmingham hebben een nieuwe methode onthuld om de efficiëntie van biokatalyse te verhogen, in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Materials Horizons .

Biokatalyse gebruikt enzymen, cellen of microben om chemische reacties te katalyseren en wordt gebruikt in omgevingen zoals de voedings- en chemische industrie om producten te maken die niet toegankelijk zijn door chemische synthese. Het kan op industriële schaal farmaceutische producten, fijnchemicaliën of voedselingrediënten produceren.

Een grote uitdaging bij biokatalyse is echter dat de meest gebruikte microben, zoals probiotica en niet-pathogene stammen van Escherichia coli, niet per se goed zijn in het vormen van biofilms, de groeibevorderende ecosystemen die een beschermende micro-omgeving vormen rond gemeenschappen van microben en hun veerkracht te vergroten en zo de productiviteit te verhogen.

Dit probleem wordt normaal gesproken opgelost door genetische manipulatie, maar onderzoekers Dr. Tim Overton van de School of Chemical Engineering van de universiteit, en Dr. Francisco Fernández Trillo van de School of Chemistry, die beiden lid zijn van het Institute of Microbiology and Infection, zetten uiteen om een ​​alternatieve methode te creëren om dit kostbare en tijdrovende proces te omzeilen.

De onderzoekers identificeerden een bibliotheek van synthetische polymeren en screenden ze op hun vermogen om biofilmvorming te induceren in E. coli, een bacterie die een van de meest bestudeerde micro-organismen is en die vaak wordt gebruikt in biokatalyse.

Bij deze screening werd een stam van E. coli (MC4100) gebruikt die veel wordt gebruikt in de fundamentele wetenschap om genen en eiwitten te bestuderen en waarvan bekend is dat deze slecht is in het vormen van biofilms, en werd vergeleken met een andere E. coli-stam PHL644, een isogene stam verkregen door evolutie die een goede biofilmvormer is.

Deze screening bracht de chemie aan het licht die het meest geschikt is om biofilmvorming te stimuleren. Hydrofobe polymeren presteerden beter dan licht kationische polymeren, terwijl aromatische en heteroaromatische derivaten veel beter presteerden dan de equivalente alifatische polymeren.

De onderzoekers volgden vervolgens de biomassa en biokatalytische activiteit van beide stammen, incubeerden de aanwezigheid van deze polymeren en ontdekten dat MC4100 overeenkwam met en zelfs beter presteerde dan PHL644.

Verdere studies onderzochten hoe de polymeren deze sterke toename van activiteit stimuleren. Hier gaf het onderzoek aan dat de polymeren in oplossing neerslaan en werken als stollingsmiddelen, waardoor een natuurlijk proces, flocculatie genaamd, wordt gestimuleerd dat bacteriën ertoe aanzet om biofilms te vormen.

Dr. Fernandez-Trillo zei:"We hebben een brede chemische ruimte verkend en de best presterende chemicaliën en polymeren geïdentificeerd die de biokatalytische activiteit van E. coli, een werkpaard in de biotechnologie, verhogen. Dit heeft geresulteerd in een kleine bibliotheek van synthetische polymeren die de biofilm vergroten. vorming bij gebruik als eenvoudige toevoegingen aan microbiële cultuur. Voor zover wij weten, zijn er momenteel geen methoden die deze eenvoud en veelzijdigheid bieden bij het promoten van biofilms voor nuttige bacteriën."

"Deze synthetische polymeren kunnen de noodzaak omzeilen om de eigenschappen voor biofilmvorming te introduceren door middel van genbewerking, wat kostbaar, tijdrovend en niet-omkeerbaar is en een bekwaam persoon in microbiologie vereist om het te implementeren. We geloven dat deze aanpak een impact heeft die verder gaat dan biofilms voor biokatalyse. Een vergelijkbare strategie zou kunnen worden gebruikt om kandidaat-polymeren voor andere micro-organismen zoals probiotica of gisten te identificeren en nieuwe toepassingen te ontwikkelen in de voedingswetenschap, landbouw, bioremediatie of gezondheid."

University of Birmingham Enterprise heeft een octrooiaanvraag ingediend voor de methode en polymeeradditieven en is nu op zoek naar commerciële partners voor licenties. + Verder verkennen

Nieuwe synthetische polymeren kunnen leiden tot grotere oogstopbrengsten voor boeren