Naturalne enzymy zaprzęgnięte do pracy w przemyśle
Przeprowadzono z powodzeniem bioremediację w przypadku wycieków oleju, chlorowanych rozpuszczalników i pestycydów, lecz wiele związków jest opornych na rozkład. Wykorzystanie materiału genetycznego z finansowanego przez UE projektu "Metagenomics for bioexploration - Tools and application" (METAEXPLORE) pomogło w utworzeniu szerokiego zakresu ulepszonych enzymów. W szczególności badacze skupili się na naturalnie opornych molekułach chityny i ligniny. Materiały antropogenicznego pochodzenia obejmują związki halogenowane i organiczne, jak również ksenobiotyki niewystępujące w biosystemach, na przykład herbicydy. Po wstępnych badaniach przesiewowych dużej liczby siedlisk lądowych i wodnych z użyciem specjalnie opracowanych narzędzi zespół sklonował i zsekwencjonował obiecujące enzymy z wybranych środowisk. W sumie stworzono dziewięć metagenomicznych bibliotek z wyselekcjonowanych siedlisk. Udało się utworzyć platformę oprogramowania (MetaSAMS) z wyszukiwarką, mapowaniem genomicznym i narzędziami do analiz porównawczych danych metagenomicznych. Wszystkie magazyny danych zawierają funkcjonalne geny i operony, będące materiałem do przyszłych badań. Zbiory te, zgodnie z wymogami przemysłowymi, zostały poddane badaniom przesiewowym w poszukiwaniu ulepszonych enzymów, włączając w to nowatorskie chitynazy, lakkazy/ligninazy oraz tlenowe i beztlenowe dehalogenazy. Innym obiektem badań była rodzina enzymów beta-aminotransferaz, stosowana w produkcji szerokiego zakresu farmaceutyków. Duża część sekwencji genów kodujących enzymy jest umiejscowiona w ruchomym elemencie genetycznym mikrobów, zwanym mobilomem. Po scharakteryzowaniu struktury, funkcji i ekspresji enzymów u odpowiednich gospodarzy, badacze poszerzyli zakres prac o zastosowanie kierowanej ewolucji w tworzeniu kremu enzymatycznego do użytku w przemyśle. Oczekuje się, że wyniki projektu METAEXPLORE przyczynią się do zrównoważonego wzrostu i osiągnięcia celów środowiskowych UE. Potrzebne są alternatywne źródła surowców dla przyszłego zaopatrzenia w energię i chemikalia. Oporne materiały odpadowe takie jak lignina i chityna zawierają części składowe użyteczne w produkcji chemicznej. Składowanie odpadów jest drogie i stwarza liczne problemy dla środowiska i zdrowia publicznego. Bioremediacja nie tylko pomaga utrzymać czystość środowiska naturalnego, ale jest również niskoenergetyczną metodą dekontaminacji wody i gleby. Dostępność nowoczesnych biokatalizatorów jest elementem równoważącym niezliczone reakcje przemysłowe oparte na katalizie.
Słowa kluczowe
Enzym, degradacja, oporny, metagenomika, eksploracja biologiczna