Синтетические полимеры и эффективность биокатализа

Ученые из Бирмингемского университета открыли новый метод повышения эффективности биокатализа.

Их метод описан в статье, опубликованной сегодня (1 августа 2022 года) в журнале Materials Horizons.

Исследователи проверили синтетические полимеры на их способность индуцировать образование биопленки у штамма E. coli (MC4100), который, как известно, плохо формирует биопленки. Они также отслеживали биомассу и биокаталитическую активность как MC4100, так и PHL644 (хороший биопленкообразователь), инкубировали присутствие этих полимеров и обнаружили, что MC4100 соответствует и даже превосходит PHL644. 1 кредит

Использование биокатализа

Биокатализ использует ферменты, клетки или микробы для катализа химических реакций.

Он используется в таких условиях, как пищевая и химическая промышленность, для производства продуктов, недоступных для химического синтеза. Он может производить фармацевтические препараты, тонкие химикаты или пищевые ингредиенты в промышленных масштабах.

Однако основная проблема биокатализа заключается в том, что наиболее часто используемые микробы, такие как пробиотики и непатогенные штаммы кишечной палочки, часто очень плохо образуют биопленки. Эти стимулирующие рост экосистемы образуют защитную микросреду вокруг сообществ микробов и повышают их устойчивость. Короче говоря, биопленки важны для повышения производительности.

Генная инженерия обычно используется для решения этой проблемы. Однако зачастую это дорогостоящий и трудоемкий процесс. Поэтому исследователи д-р Тим Овертон из Школы химического машиностроения Бирмингемского университета и д-р Франсиско Фернандес Трилло из Школы химии, оба из которых являются членами Института микробиологии и инфекций, решили создать альтернативный метод обойти этот процесс.

Библиотека синтетических полимеров

Ученые идентифицировали библиотеку синтетических полимеров и проверили их на способность индуцировать образование биопленки у кишечной палочки, бактерии, которая является одним из наиболее широко изучаемых микроорганизмов и обычно используется в биокатализе.

В этом скрининге использовали штамм E. coli (MC4100), который широко используется в фундаментальной науке для изучения генов и белков и, как известно, плохо формирует биопленки, и сравнивали его с другим штаммом E. coli PHL644, изогенным штаммом, полученным эволюции, который является хорошим биопленкообразователем.

Этот скрининг выявил химические вещества, которые лучше всего подходят для стимуляции образования биопленки. 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 изучали, как полимеры стимулируют это глубокое увеличение активности. Здесь исследования показали, что полимеры осаждаются в растворе и действуют как коагулянты, стимулируя естественный процесс, называемый флокуляцией, который заставляет бактерии образовывать биопленки.

Д-р Фернандес-Трилло сказал:

• «Мы изучили широкий спектр химических веществ и определили наиболее эффективные химические вещества и полимеры, повышающие биокаталитическую активность кишечной палочки — рабочей лошадки в биотехнологии. 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 при продвижении биопленок для полезных бактерий».
• «Эти синтетические полимеры могут обойти необходимость вводить признаки для формирования биопленки посредством редактирования генов, что является дорогостоящим, трудоемким, необратимым и требует для его реализации квалифицированного специалиста в области микробиологии. Мы считаем, что 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 приложений в пищевой науке, сельском хозяйстве, биоремедиации или здравоохранении».

Университет Бирмингема Enterprise подал заявку на патент на метод и полимерные добавки и в настоящее время ищет коммерческих партнеров для лицензирования.

Источник

Метки: Катализаторы