Forskare från North Carolina State University har utvecklat en artificiell enzymatisk väg för att syntetisera isoprenoider, eller terpener, i E coli . Detta kortare, mer effektiv, kostnadseffektiva och anpassningsbara vägtransformationer E coli till en fabrik som kan tillverka terpener för användning i allt från cancerläkemedel till biobränslen.

Terpener är en stor klass av naturligt förekommande molekyler som är användbara i industrier som sträcker sig från läkemedel och kosmetika till livsmedel och biobränslen. I naturen, terpener finns i växter och mikrober; till exempel, lykopen – som ger tomater sin färg – är en terpen.

Eftersom det inte är praktiskt att extrahera dessa molekyler direkt från deras naturliga källor, forskare kan använda biosyntes för att producera dem. Dock, biosyntetisering av terpener har traditionellt visat sig vara utmanande.

"Terpener är svåra att biosyntetisera eftersom naturens metoder för att göra byggstenarna i dessa molekyler är långa, komplicerade och involverar enzymer som är svåra att konstruera, " säger Gavin Williams, docent i kemi vid NC State och huvudförfattare till en artikel som beskriver arbetet. "Dessa svårigheter i sin tur gör det svårt att konstruera mikrober för att tillverka dessa molekyler i stora mängder."

Williams arbetar med E coli , sätter in enzymatiska vägar i bakterierna som omvandlar dem till små molekylära produktionsfabriker. Med tidigare Ph.D. student Sean Lund, och nuvarande doktorand Rachael Hall, Williams designade en artificiell väg för terpensyntes som endast använder två enzymer, snarare än de sex eller sju som förekommer i naturliga vägar.

"Naturen använder ungefär två vägar för terpensyntes, och var och en består av sex eller sju enzymer, " säger Williams. "Vi skapade en tredje väg – en genväg – med två enzymer som förekommer i naturen, men som normalt inte är involverade i den här vägen."

Ett av nyckelenzymerna som Williams och hans team använde - ett surt fosfatas (PhoN) - tar normalt bort fosfater. Men i den konstgjorda vägen, detta enzym utför den omvända reaktionen på ett skickligt sätt. "PhoN är särskilt användbar här, på grund av sin promiskuösa natur, "Säger Williams. "Promiskuitet i enzymer innebär att de kan utföra samma transformation på många olika molekyler."

Teamet konstruerade E coli att producera flera olika varianter av terpen med den förenklade vägen, inklusive lykopen. De fann att den nya vägen var lika produktiv som längre, svårare att konstruera vägar som används för närvarande.

"Detta enkla, prototypiska vägar och stammar är lika effektiva som de som i stor utsträckning har konstruerats för att tillverka de intressanta molekylerna, " säger Williams. "Och eftersom vägen är promiskuös, det är anpassningsbart."

Nästa steg för forskarna inkluderar att använda vägen för att göra terpener som är nya för naturen för användning i föreningar som är för dyra att tillverka med nuvarande metoder.

Verket dyker upp i ACS syntetisk biologi .