Багато повсякденних продуктів — від пральних порошків і косметики до шоколаду — містять жирні кислоти, отримані з пальмової або кокосової олії. Однак їх видобуток пов’язаний із серйозними екологічними наслідками: вирубкою тропічних лісів, знищенням середовищ існування рідкісних видів і втратою джерел доходу для місцевих громад. Міжнародна група вчених під керівництвом професора Мартіна Ґрінінґера з Франкфуртського університету імені Йоганна Вольфганга Ґете запропонувала біотехнологічний спосіб, який може замінити рослинну сировину ферментативним виробництвом, повідомляє nature.com.
У центрі дослідження був синтаз жирних кислот — фермент, який можна уявити як молекулярний конвеєр. Він наявний у всіх живих організмах і відповідає за збирання жирних кислот із простіших будівельних блоків. У природних умовах цей фермент майже завжди синтезує пальмітинову кислоту з ланцюгом із 16 атомів вуглецю. Однак промисловості частіше потрібні коротші жирні кислоти (з 6–14 атомами вуглецю), які нині переважно отримують із пальмових плантацій.
Як пояснив Мартін Ґрінінґер, принципова перевага нового підходу полягає в точному контролі довжини вуглецевого ланцюга. Теоретично модифікований фермент дає змогу отримувати жирні кислоти практично будь-якої заданої довжини. У роботі це продемонстровано на прикладі лауринової кислоти (C12), яку в природі здебільшого добувають із пальмових кісточок і кокоса.
Ключем до керування довжиною ланцюга є взаємодія двох частин ферменту. Одна з них послідовно подовжує молекулу, додаючи по два атоми вуглецю, а інша «обриває» процес, вивільняючи готову жирну кислоту. Докторант Даміан Людіґ за допомогою методів білкової інженерії вніс дві точкові модифікації: змінив одну амінокислоту в подовжувальному домені, знизивши ефективність подальшого росту ланцюга, і замінив «відрізальну» частину ферменту на бактеріальний аналог, що віддає перевагу коротким ланцюгам. У результаті вдалося цілеспрямовано синтезувати коротко- та середньоланцюгові жирні кислоти.
Вирішальним етапом стала співпраця з групою професора Юнцзіня Чжоу з Далянського інституту хімічної фізики Китайської академії наук. Там були створені штами дріжджів, у які вбудували модифіковані ферменти. Ці мікроорганізми почали продукувати переважно жирні кислоти з 12 атомами вуглецю замість стандартних C16. Обидві наукові групи вже подали патенти на свої розробки та шукають промислових партнерів для масштабування технології.
Робота вчених демонструє, що ферментативні системи можуть стати основою сталої «зеленої» хімії. Якщо технологію буде успішно впроваджено в промисловість, вона дасть змогу скоротити залежність від пальмової олії та зменшити навантаження на екосистеми тропічних регіонів, замінивши агресивний видобуток сировини керованим біосинтезом.