Sekrety szlaku MEP wskazują na nową ścieżkę produkcji izoprenoidów
Izoprenoidy to związki szeroko rozdystrybuowane w naturze i wykorzystywane w wielu produktach przemysłowych. Są niezbędnym składnikiem szerokiej gamy produktów, od leków po perfumy i biopaliwa. Choć są to związki bardzo powszechne, ekstrakcja izoprenoidów z roślin, ich zasadniczego źródła roślinnego, jest niezwykle trudna. Jedynie bardzo kosztowne i szkodliwe dla środowiska syntezy chemiczne pozwalają pozyskać izoprenoidy o potencjale przemysłowym. Jednak dzięki finansowanemu przez UE projektowi BioHelp, wkrótce może się to zmienić. Zapoczątkowany w 2014 r. projekt BioHelp opiera się na odkrytym na początku lat 90-tych szlaku MEP (złożonym szlaku metabolicznym, w którym powstają uniwersalne cząstki budulcowe wykorzystywane w produkcji wszystkich izoprenoidów). Projekt miał na celu poznanie mechanizmów kontrolujących każdy etap tego szlaku u bakterii, aby umożliwić stworzenie biorafinerii wytwarzających izoprenoidy na skalę przemysłową. „Przed rozpoczęciem projektu BioHelp większość badań opierała się na doświadczeniach in vitro lub przeprowadzano je poza kontekstem całego szlaku czy całej komórki. To pierwszy raz, gdy szlak MEP został zbadany w szerszym kontekście, aby pozyskać parametry kinetyczne całego szlaku in vivo”, mówi dr Jordi Perez-Gil. W projekt zaangażowane były dwa zespoły: z hiszpańskiego Center for Research in Agricultural Genomics (CRAG) oraz z australijskiego University of Queensland. Koordynatorem projektu był dr Manuel Rodriguez-Concepcion (z CRAG). Zespoły badawcze połączyły produkcję wielu szczepów bakteryjnych, w tym wykazujących zmodyfikowaną wersję szlaku MEP, z zaawansowanymi technikami analitycznymi. Celem było ich scharakteryzowanie i wykorzystanie tych cennych danych do stworzenia innowacyjnego, adaptacyjnego podejścia modelowego in silico. „Większość wyników nadal czeka na publikację, ale udało nam się wygenerować model dla pierwszych pięciu etapów szlaku MEP. Zidentyfikowaliśmy nowe, specyficzne mechanizmy regulacyjne kontrolujące ten szlak, scharakteryzowaliśmy nowe, istotne właściwości jednego z enzymów tego szlaku i poszerzyliśmy wiedzę o regulacji tego szlaku w ujęciu całościowym. Położyliśmy także podwaliny pod syntetyczny system wydobywania specyficznych izoprenoidów (karotenoidów) z bakteryjnych biofabryk. To ostatnie odkrycie otwiera nowe możliwości badań nad fundamentalnymi aspektami transportu i akumulacji karotenoidów w roślinach”, wyjaśnia dr Perez-Gil. Pod względem potencjału antybiotycznego zespoły projektowe skupiły się na nowym enzymie szlaku MEP, który jest obecny tylko w niektórych organizmach patogennych. Badanie to otwiera nowe możliwości rozwoju antybiotyków, jakże potrzebnych w świetle narastającego problemu antybiotykooporności. „Wykorzystanie specyficznych dla enzymu antybiotyków może w nadchodzących latach stać się powszechnym podejściem. Dzięki naszemu odkryciu możliwe byłoby stworzenie nowych antybiotyków dla leczenia chorób szeroko rozpowszechnionych w krajach trzeciego świata. Moglibyśmy stworzyć nową generację wykorzystujących nowo-odkryty enzym antybiotyków ukierunkowanych na specyficzne patogeny i jednocześnie nieszkodliwych dla korzystnej mikroflory. Możliwe byłoby nawet leczenie Brucella abortus, patogenu bydła powodującego ogromne straty ekonomiczne w Unii Europejskiej”, przewiduje dr Perez-Gil. Dr Perez-Gil ma nadzieję, że w niedalekiej przyszłości projekt pomoże wdrożyć nowy, oparty na biotechnologii paradygmat przemysłowy oraz planuje dalsze prace w oparciu o wyniki projektu BioHelp i inne bieżące odkrycia w tej dziedzinie.
