"Перспективы далеко идущие, поскольку сульфатирование может использоваться для широкого спектра продуктов, таких как противообрастающие агенты и фармацевтические препараты. Эта работа может означать более дешевые и лучшие лекарства в будущем, а также биохимические вещества и полимеры с новыми свойствами », – говорит автор-корреспондент профессор Алекс Тофтгаард Нильсен из Центра биологической устойчивости Ново Нордиск.
Он также является директором по безопасности в Cysbio – компании, которая работает над коммерциализацией продуктов, среди прочего, из сульфатированных молекул.
Фенольные соединения – это ароматические молекулы, которые используются в таких областях, как медицина, нутрицевтики и другие антиоксиданты, косметическая промышленность, а также промышленность полимеров.
Добавление сульфатных остатков к фенольным соединениям может увеличить кислотность и растворимость молекулы, а также снизить токсичность.
В качестве доказательства концепции процесса сульфатирования на клеточных фабриках исследователи хотели получить зостериновую кислоту. Эта кислота содержится в морской траве и является мощным противообрастающим агентом. Используемый в краске для судов, он потенциально может препятствовать росту водорослей на корпусе.
Кроме того, он находит применение в дезинфицирующих средствах, где может предотвратить прикрепление бактерий к поверхностям (биопленкам).грамм. в больницах.
Сегодня зостериновую кислоту можно извлечь из растительного материала, но титры низкие, а стоимость высока. Зостериновая кислота также может быть синтезирована химическим путем, но для этого требуются суровые химические условия и образуется много химических отходов. Таким образом, биологический процесс предпочтительнее.
Исследователям пришлось перепроектировать и перепрограммировать несколько генов на клеточной фабрике, чтобы оптимизировать процесс сульфатирования. Это было сделано как за счет улучшения поглощения сульфата, так и за счет оптимизации доступности фермента-донора сульфата в клетке.
В результате было произведено до пяти граммов зостериновой кислоты на литр при так называемой периодической ферментации с подпиткой. Этот выход впечатляет, поскольку природа обычно производит зостериновую кислоту только в очень малых количествах, а химический синтез чрезвычайно сложен и дорог.
Биологически зостериновая кислота создается ферментом (сульфотрансферазой), который переносит боковую сульфатную группу на определенную молекулу строительного блока.
Поэтому исследователи выделили сульфотрансферазы у людей, плодовых мух, угря, крыс, кур, кроликов, собак, червей, рыбок данио и свиней, чтобы найти наиболее эффективный из них. Фермент-победитель был фактически выделен из печени крысы и отлично работал в организме хозяина-продуцента.
Используя этот метод, исследователи также обнаружили сульфотрансферазы, которые могут сульфатировать мощный антиоксидант ресвератрол, содержащийся в красном вине. Сегодня из-за его очень низкого содержания в винограде, утомительных процессов очистки и необходимости использования при этом агрессивных химикатов экстракция ресвератрола из растений является сложной, трудоемкой и неустойчивой.
В винограде ресвератрол находится в неактивной несульфатированной форме. Попадая в организм человека, ресвератрол сульфатируется печенью, чтобы стать активным, что придает молекуле ее антиоксидантные свойства. Таким образом, возможность производить большие количества сульфатированного ресвератрола на клеточных фабриках открывает возможность производства более активного и биодоступного антиоксиданта, процесс, который также может быть использован для изменения свойств фармацевтических препаратов.
Кроме того, исследователи показали, что некоторые из сульфотрансфераз также способны сульфатировать ванилиновую кислоту. Это тоже продукт, который можно производить на фабрике по производству микробных клеток, и он имеет рыночный потенциал.
«С научной точки зрения возможность производить сульфатированные фенольные соединения на фабриках по производству микробных клеток – это фантастика, но она также может иметь социальные последствия, поскольку эти молекулы имеют применение как в качестве биохимических веществ, так и в качестве нутрицевтиков и даже в качестве лекарств», – говорит первый автор книги. исследование, Кристиан Билле Йендресен, директор по исследованиям и разработкам Sulfation Technologies в стартап-компании Cysbio, которая возникла из Центра биозащищенности Фонда Ново Нордиск, DTU.
«Мы можем создать широкий спектр интересных химикатов, которые найдут разные пути выхода на рынок», – говорит он.
Таким образом, эта новаторская работа позволила создать новый класс сульфатированных биохимических веществ, которые, вероятно, найдут множество биотехнологических применений.