Ученые из Бирмингемского университета в Великобритании открыли новый метод повышения эффективности биокатализа, выявив синтетические полимеры, способные индуцировать образование устойчивых биопленок. 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.