Cu o dietă moleculară la performanțe maxime
Cercetătorii de la Biocatalysis Cluster 2021 decupează bacteriile pentru producția biotehnologică. Pentru a face acest lucru, ei prescriu microorganismelor o dietă genetică de slăbire.
Tunderea bacteriilor pentru utilizarea în producția biotehnologică este o sarcină dificilă. Uneori, microbii produc o enzimă dorită, iar alteori nu. Motivul acestui comportament adesea neregulat rămâne adesea ascuns cercetătorului. În proiectul comun P27 al clusterului Biocatalysis 2021 susținut de Ministerul Federal al Educației și Cercetării (BMBF), cercetătorii doresc să optimizeze comportamentul de producție al unei bacterii foarte interesante din punct de vedere economic: este Bacillus subtilis, bacilul de fân. Scopul este de a pregăti bacteriile pentru producerea de proteine și enzime care sunt evaluate atât de industria alimentară, cât și de industria farmaceutică.
Cercetătorii din clusterul Biocatalysis 2021, una dintre cele patru rețele ale inițiativei de finanțare BMBF BioIndustrie 2021, se ocupă de proiecte de biotehnologie industrială. Aceasta include și proiectul cu numărul P27 cu titlul: „Noi sisteme de expresie a bacilului”. BMBF finanțează proiectul cu un total de 760.000 de euro pe o perioadă de trei ani.
Îmbunătățirea biologică moleculară a bacteriei fânului
Un obstacol major în producția de enzime și proteine este în continuare furnizarea de sisteme de expresie adecvate, cum ar fi bacteriile sau drojdiile. Doar cele mai bune tulpini de producție sunt capabile să producă lanțuri de aminoacizi fără erori, să le plieze în structura tridimensională corectă și să producă proteina dorită pe scară largă.
„Consorțiul nostru ar dori să transforme bacteria bine caracterizată de tip sălbatic Bacillus subtilis 6051a într-o tulpină modernă de producție. Pentru a face acest lucru, dorim să aruncăm balastul inutil, genetic al bacteriei peste bord - aceasta împiedică bacteria să își îndeplinească munca eficient ”, explică Lutz Popper, coordonator al proiectului P27 și șef de cercetare și dezvoltare la SternEnzym GmbH & Co. KG. Există deja tulpini bune de producție a bacteriilor de fân, dar acestea sunt deținute de companii mari și corporații. Și tulpinile de laborator accesibile în mod liber au dezavantajul că nu sunt potrivite pentru producția pe scară largă. Acest lucru ar trebui să se schimbe acum - datorită muncii consorțiului P27: Universitatea Ernst Moritz Arndt din Greifswald este responsabilă pentru partea biologică moleculară. Miltenyi Biotech GmbH, activă la nivel internațional, de la Teterow oferă sistemele de expresie și se ocupă de tehnologia de fermentare. Al treilea din grup este Stern-Enzym GmbH. Oamenii lor de știință testează funcționalitatea enzimelor produse în sectorul producției de alimente.
Obstacolele și succesele muncii științifice
Doi cercetători din echipa lui Thomas Schweder, profesor de biotehnologie farmaceutică la Universitatea Greifswald, sunt responsabili de optimizarea genetică. Au eliminat toate secvențele genetice inutile din bacilul fânului și au format un fel de bacterie minimă care ar trebui să facă un singur lucru: să sintetizeze enzimele dorite pentru uz industrial. Acest microorganism nici nu se mai poate mișca. Ați înțărcat-o, costă prea multă energie inutilă și nu este necesară pentru producerea proteinelor. „Desigur, îndepărtarea materialului genetic nu a fost atât de ușoară pe cât pare”, își amintește coordonatorul. „Dar după câteva eșecuri, am reușit în sfârșit să dovedim fezabilitatea conceptului nostru.” Proiectarea optimizată a tulpinii de producție a reușit deja să producă cu succes diverse proteine, cum ar fi o xilanază și o amilază. Consorțiul și-a stabilit obiectivul de a extinde producția de proteine. "În acest moment lucrăm în fermentatoare mai mici, de până la zece litri, dar producția la scară mai mare ar trebui să aibă loc aici până la sfârșitul anului", spune Popper, tehnologul alimentar în vârstă de 52 de ani.
Oamenii de știință trebuie doar să ciugulească ceva cu producerea unei enzime numite sulfhidril oxidază din drojdia de bere. „Drojdia este infinit leneșă atunci când vine vorba de producerea acestei enzime”, dezvăluie Popper. Deoarece se știe că este un organism de producție foarte sigur datorită absenței produselor metabolice nedorite, bacilul de fân P27 părea ideal potrivit, dar, din păcate, este și un pic încăpățânat în acest sistem: proteina a fost produsă, dar nu este activă. În prezent sunt cercetate posibile cauze, dar Lutz Popper este încrezător. De asemenea, echipa P27 va controla această problemă.
Drumul lung și stâncos către utilizarea economică
Partenerii proiectului P27 au reușit să proiecteze un microb stabil, care transformă materiile prime în mod egal în substanța dorită și, de asemenea, își utilizează rezervele de energie foarte ușor: utilizarea comercială a unora dintre proteinele sintetizate este realizată de partenerii proiectului Stern-Enzym GmbH și Miltenyi vizat, brevetarea este, de asemenea, luată în considerare. De asemenea, este planificată utilizarea acestei tulpini optimizate pentru producerea altor enzime de toate tipurile.