Mystiska mikrober som frodas i heta och supersalta saltvattensjöar på botten av Röda havet skulle kunna ge en skattkammare av nya enzymer för industriella tillämpningar - om bara forskare hade tillgång till deras biologiska överflöd.

En ny studie ledd av KAUST-forskare visar nu ett sätt att utnyttja denna enorma outnyttjade resurs.

Nuvarande metoder är beroende av att odla mikrober i labbet för att studera deras egenskaper. Dock, de flesta mikrober kan inte odlas och undgår därmed vetenskaplig granskning. Istället, forskare från KAUST och Technical University of München (TUM) i Tyskland återupplivade och testade specifika proteiner från så kallade single-amplified genomes (SAGs) – hela genom som extraherats från en enda infångad mikrobiell cell.

"Det här är första gången som SAG har använts för att producera proteiner, " säger första författare, Stefan Grötzinger, en doktorand som arbetar på både KAUST och TUM. "Beviset på att proteiner med önskade funktioner kan erhållas från SAG kan förändra hur vi söker efter nya enzymer."

Grötzinger och hans kollegor – ledda av KAUSTs strukturbiolog Stefan Arold med Jörg Eppinger, en kemist tidigare på KAUST, och TUM-forskarna Dirk Weuster-Botz och Michael Groll – började med en mikrobiell cell som rörde sig från en saltlakepool belägen 80 km utanför Jeddahs kust och 2, 000 meter under Röda havets yta. Från dess SAG, de identifierade beräkningsmässigt en gen som kodar för en av mikrobens alkoholdehydrogenaser (ADH), ett enzym som vanligtvis används i livsmedel, läkemedels- och kemisk industri.

Forskarna försökte först uttrycka detta enzym i Escherichia coli, en gemensam bakteriell plattform för proteinproduktion, men detta tillvägagångssätt producerade inte användbara proteiner. De vände sig sedan till en annan mikrob som lever i en mycket salthaltig miljö och som också kan odlas i labbet. I denna mikrob, de lyckades erhålla tillräckligt med ADH-protein för att de skulle kunna sluta sig till dess tredimensionella struktur genom röntgenkristallografi och utföra en fullständig biokemisk karakterisering, inklusive dess enzymatiska kapacitet.

Deras analyser avslöjade egenskaper som förmodligen uppkom som anpassningar till livet i det varma och salta havet. Till exempel, proteinet arbetar under extremt höga koncentrationer av organiskt lösningsmedel, tål höga temperaturer och kan frystorkas – alla egenskaper som gör enzymet attraktivt för kommersiella industriella tillämpningar, säger Grötzinger.

Men mer generellt, han lägger till, studien ger en färdplan för hur man kan bryta de molekylära rikedomarna hos organismer som finns i extrema miljöer. Plus, det ger ett exempel på internationellt och lokalt samarbete, förenar forskare i Tyskland och Saudiarabien, med samarbete från tre enheter inom KAUST:Biologiska och miljövetenskapliga avdelningen, Computational Bioscience Research Center och Catalysis Center.