Kvasinky se již po tisíce let využívají při výrobě piva, vína a dalších potravinářských produktů. Jsou to malé „přírodní továrny“, které se mohou živit cukry obsaženými v ovoci či obilí a dalšími živinami. Vědci z Tuftsovy univerzity vytvořili kvasinky, které mohou účinně růst na široké škále cukrů ze zemědělské odpadní biomasy. Mohou tak uzavřít uhlíkový cyklus pro biosyntézu paliv, léčiv a plastů.

Nově vytvořené kvasinky se mohou živit cukry, jako je xylóza, arabinóza a celobióza, které lze získat z nestravitelných dřevnatých částí plodin. Tyto části se po sklizni často odhazují a končí jako nevyužitý materiál. Kupříkladu kukuřičné stonky, plevy, listy a stonky pšenice. Ročně se vyprodukuje přibližně 1,3 miliardy tun této odpadní biomasy, což poskytuje více něž dost cukrů pro rozsáhlý průmysl biosyntézy kvasinek.

Tým vědců se domníval, že nejlepší šancí na efektivní spotřebu cukrů z odpadní biomasy by mohla být úprava stávajícího genetického panelu, který kvasinky používají k regulaci spotřeby galaktózy (běžně obsažený cukr v mléčných výrobcích). Tento panel, nazývaný též jako regulon, zahrnuje geny pro senzory, které detekují přítomnost cukru, a spouští enzymatickou dráhu pro rozklad cukru. Tímto způsobem jsou získány uhlíkové a kyslíkové složky, které mohou být dále přetvořeny na malé molekuly a bílkoviny. V dřívější studii vědci upravili regulon galaktózy tak, že senzor detekuje cukr xylózu z biomasy a spouští enzymy, které zpracovávají xylózu místo galaktózy. Vědci provedli další úpravy v regulonu, který byl již navržen pro xylózu, a to konkrétně změnu senzorového proteinu tak, aby obecněji přijímal xylózu, arabinózu a celobiózu. Kromě několika drobnějších modifikací umožnil nový regulon růst kvasinkovému organismu na těchto třech cukrech rychlostí srovnatelnou s kvasinkami pěstovanými na nativních cukrech glukóze a galaktóze.

Přestavba kvasinek na růst na cukrech z odpadní biomasy vytváří předpoklady pro zlepšení výroby biosyntetických produktů, mezi něž patří mimo jiné inzulin, lidský růstový hormon a různé protilátky. Kvasinky byly také upraveny k výrobě vakcín expresí malých fragmentů viru, které stimulují imunitní systém.

Kvasinky lze rovněž přetvořit tak, aby produkovaly přírodní sloučeniny používané k výrobě léčiv, které se jinak obtížně získávají, neboť se musí extrahovat ze vzácných rostlin. Patří mezi ně například skopolamin používaný ke zmírnění nevolnosti, atropin k léčbě pacientů s Parkinsonovou chorobou a artemensin sloužící k léčbě malárie. Kvasinky mohou také produkovat stavební kameny bioplastů, jako je kyselina polymléčná, kterou lze následně použít k výrobě obalových materiálů a spotřebního zboží, aniž by bylo nutné čerpat z ropných zdrojů.

Vědci z Tuftsovy univerzity svojí prací připravují kvasinky na efektivní růst na zemědělské odpadní biomase, čímž se uzavře uhlíkový cyklus, který dosud unikal výrobě paliv, léčiv a plastů.

Zdroje:

• https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230719112303.htm
• Sean F. Sullivan, Anuj Shetty, Tharun Bharadwaj, Naveen Krishna, Vikas D. Trivedi, Venkatesh Endalur Gopinarayanan, Todd C. Chappell, Daniel M. Sellers, R. Pravin Kumar, Nikhil U. Nair. Towards universal synthetic heterotrophy using a metabolic coordinator. Metabolic Engineering, 2023; 79: 14 DOI: 10.1016/j.ymben.2023.07.001

Zdroj článku: BIOTRIN