Новинки разработки ферментов для производства возобновляемого изобутена

Новое исследование, опубликованное недавно, подробно описывает прорыв в создании эволюционирующих ферментов для поддержки возобновляемого процесса, чтобы получить один из ключевых строительных блоков химической промышленности, используемый во всех производственных отраслях, от косметических товаров до топлива.

Недавно опубликованные результаты являются результатом совместной работы компании Global Bioenergies и команды доктора Дэвида Лейса из Университета Манчестера и были опубликованы в журнале Nature Communications. В этой статье описывается эволюция и механизм образования изобутен-образующих ферментов, намного превосходящих ранее использованные катализаторы. Изобутен — это газообразный углеводород с высокой стоимостью, и один из основных строительных блоков нефтехимической промышленности: ежегодно производится 15 миллионов тонн изобутена, направляемого на получение косметических ингредиентов, резины и топлива.

Это первый случай, когда член широко распространенного семейства ферментов, зависящих от необычного производного витамина В2, был перепрофилирован для получения изобутена. Это стало возможным благодаря обширной работе, выполненной по обе стороны Ла-Манша, с лабораторной эволюцией, проводимой в Global Bioenergies, и подробным анализом структуры эволюционирующих ферментов в Манчестерском университете.

Дэвид Лейс, руководитель группы Манчестерского института биотехнологии Университета Манчестера, говорит: «Наше сотрудничество с Global Bioenergies по вопросу производства изобутена уникальным образом сочетает в себе количественную молекулярную бионауку и промышленные высокопроизводительные подходы. Приятно видеть, как фундаментальное понимание этих ферментов, полученное при финансировании Европейского исследовательского совета, поддерживает их промышленное применение. Разработанные ферменты знаменуют повышение эффективности биопроизводства изобутена на несколько порядков, напрямую способствуя экономически жизнеспособному и возобновляемому процессу, а значит, и более устойчивому будущему».

Марк Делкур, соучредитель и генеральный директор Global Bioenergies, добавляет: «Nature Communications входит в число высококлассных рецензируемых научных журналов. Нам очень приятно видеть, что работа, которую мы проводим совместно с командой доктора Дэвида Лейса, достигла такого поразительного научного признания. Развитые ферменты, на которые GBE владеет исключительными правами интеллектуальной собственности в целях производства изобутена, будут играть важную роль в экологических преобразованиях, в которых сейчас участвует наш мир».

В качестве альтернативы изобутену, полученному из ископаемого топлива, Global Bioenergies разработала модифицированный способ производства изобутена из глюкозы. На решающем финальном этапе получения желаемого продукта используется фермент декарбоксилаза. Этот конкретный фермент развился от встречающихся в природе микробных декарбоксилаз, активность которых зависит от тщательно модифицированного витамина B2 (называемого пренилированным флавином или prFMN).

Манчестерская группа была в авангарде изучения этих prFMN-зависимых катализаторов и определила структуру и биохимические свойства ферментов, производящих изобутен, разработанных Global Bioenergies. Компания провела скрининг библиотеки ферментов на предмет присущей им активности по производству изобутена и использовала направленную эволюцию для получения вариантов с 80-кратным увеличением активности. Определение структуры выделившихся катализаторов показывает, что изменения в ферментном кармане ответственны за улучшение продукции, в то время как исследования растворов и компьютерные исследования показывают, что высвобождение изобутена в настоящее время является ограничивающим фактором.

Global Bioenergies разработала уникальный процесс преобразования возобновляемых ресурсов в изобутен, один из основных нефтехимических строительных блоков, который можно преобразовать в ингредиенты для косметики, бензина, керосина, сжиженного нефтяного газа и пластмасс.