Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием Discover24.
Биокатализ использует ферменты, клетки или микробы для катализа химических реакций. Этот технологический процесс используется в таких отраслях, как пищевая и химическая промышленность, для производства продуктов, недоступных для традиционного химического синтеза. В частности, он позволяет производить многие фармацевтические препараты, тонкие химикаты или пищевые ингредиенты в промышленных масштабах.
Однако основная проблема биокатализа заключается в том, что наиболее часто используемые для этих целей микробы, такие как пробиотики и непатогенные штаммы кишечной палочки, часто очень плохо образуют биопленки - стимулирующие их рост экосистемы. Биопленки образуют защитную микросреду вокруг сообществ микробов и повышают их устойчивость, а в биокатализе это означает и повышение производительности.
Для решения этой проблемы обычно используется генная инженерия, но зачастую это весьма дорогостоящий и трудоемкий процесс. Поэтому исследователи д-р Тим Овертон и и д-р Франсиско Фернандес Трилло из Бирмингемского университета (оба являются также сотрудниками британского Института микробиологии и инфекций), решили создать альтернативный метод.
Ученые сформировали библиотеку синтетических полимеров и проверили их на способность индуцировать образование биопленок у кишечной палочки - бактерии, которая является одним из наиболее широко изучаемых микроорганизмов и обычно используется в биокатализе. В скрининге они использовали штамм E. coli (MC4100), который известен тем, что плохо формирует биопленки, и сравнивали его с другим - E. coli PHL644, изогенным штаммом, полученным при эволюции, который является хорошим биопленкообразователем.
Этот скрининг выявил химические вещества, которые лучше всего подходят для стимуляции образования биопленки. В частности, гидрофобные полимеры превзошли мягко катионные полимеры, причем ароматические и гетероароматические производные показали себя намного лучше, чем эквивалентные алифатические полимеры.
Затем исследователи отслеживали биомассу и биокаталитическую активность обоих штаммов в присутствии этих полимеров и обнаружили, что MC4100 соответствует и даже превосходит PHL644. Дальнейшие исследования выявило причины увеличения эффективности. Полимеры, осаждаясь в растворе, действуют как коагулянты, стимулируя естественный процесс, называемый флокуляцией, который заставляет бактерии образовывать устойчивые биопленки.
«В конечном итоге это привело к созданию небольшой библиотеки синтетических полимеров, которые увеличивают образование биопленки при использовании в качестве простых добавок к микробной культуре. Насколько нам известно, в настоящее время не существует методов, обеспечивающих такую простоту и универсальность», - отметил д-р Фернандес-Трильо.
По его словам, выявленные синтетические полимеры могут избавить от необходимости формирования биопленки посредством дорогостоящего, трудоемкого и необратимого редактирования генов. Этот подход имеет влияние не только на биопленки для биокатализа. Аналогичная стратегия может быть использована для выявления полимеров-кандидатов для других микроорганизмов, таких как пробиотики или дрожжи, и для разработки новых технологий в пищевом производстве, сельском хозяйстве, биоремедиации или здравоохранении.