Kredit:Wiley
Naturliga organiska föreningar som innehåller fluor är sällsynta eftersom levande organismer – med några få undantag – inte producerar dem. Amerikanska forskare har nu genmanipulerat en mikrobiell värd för organofluormetabolism, vilket gör det möjligt för den att producera en fluorerad mellanprodukt känd som en diketid. Som rapporterats i tidningen Angewandte Chemie , diketiden skulle sedan kunna användas som en monomer för in vivo-produktion av fluorerade bioplaster.
Till skillnad från naturen, kemister använder ofta fluor. Teflonbeläggningar för stekpannor och vattenavvisande Gore-Tex-jackor, båda baserade på polytetrafluoreten, dyker genast upp. Fluor finns också i många jordbrukskemikalier, och cirka 20-30 % av moderna läkemedel, allt från antimalaria och cytostatika till inhalationsbedövningsmedel, blodersättning, och flytande ventilationsmedel. Organofluormolekyler används också i flytande kristaller för displayer, samt ozonvänliga köldmedier och drivmedel.
Med tanke på potentialen för levande system att producera mycket komplexa kemiska föreningar, forskare som arbetar med Michelle C.Y. Chang vid University of California, Berkeley (USA), syftade till att manipulera det biosyntetiska maskineriet i celler för att använda enkla fluorerade byggstenar för att göra nya organofluorinmålmolekyler.
För att uppnå detta, de introducerade gener som kodar för tre särskilt effektiva enzymer från en mängd andra mikroorganismer i bakterien, Escherichia coli, att konstruera diketidbiosyntesvägen. Dessa enzymer kan använda fluorinnehållande derivat av sina normala substrat. Dessutom, det var också nödvändigt att introducera en gen för ett transportprotein som bär fluoromalonat – som fluorinnehållande utgångsmaterial – in i cellen. Enzymerna gjorde det möjligt för cellerna att använda biosyntesvägen för att göra fluoromalonylkoenzym A och omvandla det till 2-fluoro-(R)-3-hydroxibutyratdiketiden i högt utbyte.
Forskarna introducerade ännu en gen för ett enzym som används av många bakterier för att göra polyhydroxialkanoater (PHAs), som är polyestrar som används för att lagra kol och energi. Biologiskt nedbrytbara PHA används vid produktion av bioplaster för applikationer som livsmedelsförpackningar och medicinska implantat. Den nya, genetiskt modifierade mikroorganismer införlivade de fluorerade diketiderna i de PHA som de producerade, genererar polymerer innehållande 5 till 15 % fluorerade monomerer. De fluorerade bioplasterna var mindre spröda än fluorfria PHA. Kontrollerad inkorporering av fluorerade monomerer kan möjliggöra riktad variation av bioplasternas egenskaper.
Forskarna hoppas också kunna använda nyckelkomponenten fluoromalonylkoenzym A för att producera ett brett spektrum av små fluorerade molekyler i levande celler för farmaceutiska tillämpningar.