Бактерии синтезируют фторопласты
 |
|
Получение фторированного полигидроксиалканоата из фтормалоната с помощью генетически модифицированной E. coli in vivo |
Генетическая модификация придала бактериям способность усваивать фторсодержащее соединение, метаболизировать его и превращать в новый тип биопластика. Работа исследователей из Университета Калифорнии в Беркли — первый пример адаптации микроорганизмов для биосинтеза фторсодержащего полимера. Этот подход в перспективе может стать «экологически дружественным» способом получения фторопластов и других полимеров («Angewandte Chemie. Int. Ed.», 2017, 56, 44, 13637—13640, doi: 10.1002/anie.201706696).
Фтор содержится во многих синтетических соединениях: он есть и в составе антидепрессанта прозака (флуоксетина), и в антипригарном покрытии из политетрафторэтилена, известном как тефлон. Однако этот элемент редко встречается в органических веществах природного происхождения. Фтора много в земной коре, это тринадцатый по распространенности в ней элемент, однако практически весь он заперт в скальных породах в виде нерастворимых соединений. Лишь немногие обитатели Земли в процессе эволюции научились усваивать неорганические фториды, и все вместе они производят не более 25 относительно простых по строению органических соединений. Причем маршрут их синтеза весьма схож — он способствует образованию фторацетата и фтортреонина.
Мишель Чан и ее исследовательская группа подвергли генетической модификации кишечную палочку и научили ее превращать низкомолекулярное соединение фтормалонат в биоразлагаемый полимер. Для этого в геном кишечной палочки ввели гены других организмов, кодирующих синтез ферментов, которые ускоряют превращение фторсодержащих органических соединений. Сначала это ни к чему не привело — модифицированные штаммы не могли ничего поделать со фторорганикой. Чан и ее коллеги выяснили, что кишечная палочка просто не может усваивать фторорганические соединения из питательного бульона, поэтому для бактерии пришлось придумать специальный белок-переносчик, перемещающий фторсодержащие соединения внутрь клетки и ввести в геном бактерии ген, отвечающий за выработку этого белка.
С переносчиком работа пошла лучше — генно-модифицированная конвертировала около 50% фтормалоната, содержащегося в питательном растворе, в 2-фтор-3-гидроксибутират, который затем вступал в реакцию полимеризации. Получающийся в результате сложный полиэфир содержит до 15% фторированных структурных звеньев. К удивлению Чан, фторированный биополимер оказался более эластичным, чем его коммерчески доступная, не содержащая атомов фтора версия.
Чан полагает, что создание ГМ-организма, способного напрямую синтезировать фторированные полимеры, должно окупиться.