Syntetyczne „tratwy” bakteryjne optymalizują bioprocesy
Bakterie są wykorzystywane w biotechnologii do produkcji szerokiej gamy cennych związków. Działanie tych mikroorganizmów jest jednak często ograniczone ze względu na toksyczność niektórych związków, a także wyzwania związane z kontrolowaniem złożonych interakcji zachodzących w komórkach bakteryjnych. Zgłębienie kwestii toksyczności u bakterii projektowanych, które można dostosować do procesów biosyntezy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), może skutkować poprawą wydajności reakcji. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu może być „utrzymanie” reakcji biotechnologicznych w obrębie bakterii, tak aby komórki bakterii były chronione przed działaniem toksycznych związków. Mogłoby to doprowadzić do opracowania zoptymalizowanej obudowy mikrobiologicznej, przystosowanej do wytwarzania różnych rodzajów związków mających szereg zastosowań przemysłowych w różnych dziedzinach, od opieki zdrowotnej po branżę spożywczą. „Opracowywanie syntez biotechnologicznych, jak i stosowanie inżynierii genetycznej, wiąże się z wieloma wyzwaniami”, mówi Daniel Lopez, koordynator projektu Rafts4Biotech(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i główny badacz hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CSIC). „Być może najbardziej istotnym z nich jest sprawienie, by te mikrostruktury odpowiednio działały w warunkach przemysłowych, a nie tylko w zoptymalizowanych warunkach laboratoryjnych”.
Wydajne bioprocesy przemysłowe
Projekt Rafts4Biotech powstał w oparciu o wcześniejsze prace, którym przyświecał ten sam cel. Naukowcy badali mikrodomeny funkcyjne(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – odrębne struktury znajdujące się na małych obszarach błony komórkowej. „Niektóre mikrodomeny promują interakcje z białkami”, mówi uczony. „Zazwyczaj te struktury są docelowym miejscem działania nowych środków przeciwdrobnoustrojowych”. W projekcie Rafts4Biotech przyjęto jednak inne podejście. „Postawiliśmy pytanie, czy możemy zaprojektować mikrodomeny w bakteriach, aby promować pożądane interakcje białkowe”, wyjaśnia Lopez. „Chcieliśmy sprawdzić, czy może to poprawić wydajność bioprocesów przemysłowych”. Dlatego Lopez i jego zespół zaczęli projektować syntetyczne mikrodomeny, nazywane też tratwami, w bakteriach. Szczepów tych użyto następnie do produkcji związków mających zastosowanie m.in. w sektorze kosmetycznym i farmaceutycznym, by sprawdzić, czy można poprawić wydajność tych procesów. „Chcieliśmy najpierw udowodnić, że nasza technologia działa w warunkach laboratoryjnych”, mówi Lopez. „A następnie, że możliwe byłoby jej zastosowanie w określonych bioreakcjach w warunkach przemysłowych. W ten sposób zademonstrowalibyśmy potencjalne zastosowania naszej technologii”. Zespołowi projektu Rafts4Biotech udało się stworzyć mikroorganizmy, które „utrzymują” biotechnologicznie istotne reakcje w określonych mikrodomenach błonowych. Dzięki tej technologii reakcje są izolowane od innych bakteryjnych procesów metabolicznych, a komórki są chronione przed niepożądanymi oddziaływaniami. W efekcie zwiększa się efektywność procesów biotechnologicznych.
Technologia nowej generacji
Jak mówi Lopez, największą siłą tej technologii jest jej wszechstronność. W dziedzinie opieki zdrowotnej na przykład mogłaby ona wspomóc opracowanie środków przeciwdrobnoustrojowych nowej generacji, których nie można produkować w zwykłych warunkach. Opracowane metody mogłyby wspomóc walkę z wielolekoopornymi bakteriami, które stały się poważnym zagrożeniem dla zdrowia publicznego. Technologia ta mogłaby również umożliwić znaczącą poprawę wydajności produkcji przemysłowej. Na przykład produkty do makijażu oraz pielęgnacji skóry i włosów zawierają cząsteczki, takie jak naturalne pigmenty i witaminy, które są często wytwarzane za pomocą drogich metod syntezy chemicznej. Projekt Rafts4Biotech mógłby umożliwić producentom zastąpienie chemicznego wytwarzania potrzebnych związków bardziej zrównoważonymi bioprocesami, które zachodzą w niższych temperaturach i wymagają mniej energii. „Nasza technologia nie ogranicza się do wytworzenia jednego konkretnego mikroorganizmu. Wykazaliśmy również, że jej zastosowanie może wiązać się z udoskonaleniem niektórych procesów przemysłowych”, dodaje Lopez. Kolejnym etapem jest rozwinięcie technologii na potrzeby innych sektorów przemysłu. „Mam nadzieję, że ten projekt przyczyni się do dalszego rozwoju biotechnologii”, mówi Lopez.
