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, 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 i główny badacz hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych (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 – 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.
Słowa kluczowe
Rafts4Biotech, bakteryjne, biologiczne, farmaceutyczne, kosmetyczne, mikrobiologiczne, inżynieria genetyczna, mikrodomeny, komórki
