Biokataliza w syntezie chemicznej
Jednym z głównych problemów w produkcji katalizatorów biologicznych jest fakt, że mikroorganizmy produkują biomasę z substancji odżywczych, a nie enzymy. Dlatego proces odpowiedniego ukierunkowania produkcji enzymów stał się celem nadrzędnym prowadzonych właśnie badań biotechnologicznych. Celem finansowanego ze środków UE projektu "Two-step-strategy towards an orthogonal bio-system" (MAZPROTEC) było wdrożenie nowych metod produkcji biokatalizatorów. Naukowcy wykorzystali bakterie Escherichia coli i ich zdolność selekcji białek do syntezy. E. Coli wykorzystują układ MazEF toksyna - antytoksyna do tejże selekcji. Toksyną w tym układzie jest MazF - enzym hydrolizujący RNA trawiący cząsteczki mRNA zawierające trójkę zasad ACA, który zwykle jest kontrolowany przez MazE. Po aktywacji, MazF zapobiega syntezie białek w większości mRNA, podczas gdy w mRNA bez tripletu ACA translacja przebiega bez zakłóceń. Celem projektu MAZPROTEC było wykorzystanie tego mechanizmu i wymuszenie na komórce, aby ta poświęciła w całości własne zasoby do produkcji żądanych białek. Naukowcy sprawdzili skuteczność takiego postępowania na modelu składającym się z 12-etapowej syntezy kwasu N-acetyl-neuraminowego (Neu5Ac), prekursora leków przeciwwirusowych, zaczynając od glukozy (Glc) i N-acetyloglukozaminy (GlcNAc). Przeprowadzili badania zredukowanego systemu w oparciu o szczep E. coli z usuniętym genem oraz o enzymy niezbędne do konwersji GlcNA i kwasu fosfoenolopirogronowego. Wykazali w sposób nie budzący wątpliwości, że po nadekspresji MazF, synteza białkowa była przekierowywana w szerszym zakresie na syntezę białek rekombinowanych z genów bez tripletu ACA w porównaniu z genami zawierającymi ACA. Korelowało to ze znaczącym wzrostem produkcji Neu5Ac w systemie bez tripletu ACA w porównaniu z podobnym systemem, w którym geny zawierały ACA. Podsumowując, projekt MAZPROTEC wykazał, że znacząca reorganizacja syntezy białkowej z wykorzystaniem układu MazEF jest odpowiednią strategią zwiększania produktywności wieloetapowego procesu biokatalizy. Można oczekiwać, że ta metoda będzie ważnym elementem w tworzeniu kaskad reakcji biokatalitycznych w przyszłości, w szczególności w przemyśle chemikaliów wysokowartościowych.
Słowa kluczowe
Biokataliza, synteza chemiczna, katalizatory biologiczne, produkcja enzymu, MazEF
