Создана бактерия, способная синтезировать неприродный терпеноид

Ученые из Беркли (США) создали бактерию на основе Escherichia coli, которая, благодаря искусственному металлоферменту, может из лимонена синтезировать неприродный терпеноид. Раньше подобный продукт получали только с помощью органического синтеза.

Металлофермент с иридием

Американские ученые заставили Escherichia coli синтезировать неприродное соединение терпеноидного ряда с помощью естественных ферментов и внедренного в клетку искусственного металлофермента. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.

Лимонен

Искусственные металлоферменты способны катализировать ряд реакций, которые никогда не встречаются в живой природе. Такие ферменты ранее получали in vitro с помощью взаимодействия очищенного природного фермента с органометаллическим комплексом. Однако в настоящее время добиться образования искусственных металлоферментов можно и in vivo.

Каталитический синтез неприродного терпеноида из лимонена

Авторы ранее смогли получить искусственный металлофермент, который содержит иридий и катализирует присоединение карбеновых групп к алкенам в составе природных соединений, таких как лимонен. При этом образуется продукт с новой циклопропильной группой, почти не встречающейся в природе. В новой работе ученым удалось осуществить синтез неприродного терпеноида в кишечной палочке из лимонена с помощью собственных ферментов клетки и искусственного металлофермента, содержащего иридиевый аналог гема.

В качестве основы для искусственного металлофермента был выбран цитохром CYP119 из Sulfolobus solfataricus. Гем в нем был заменен на мезопорфирин IX, содержащий иридий. Этот кофактор клетки E. coli получали извне благодаря сверхэкспрессии в них транспортера ChuA. Мутантный CYP119 клетка синтезировала сама. В конечном итоге исследователи добились, чтобы в цитоплазме клетки происходило образование искусственного металлофермента с иридиевым кофактором.

Далее ученые подобрали условия, в которых образование искусственного металлофермента и биосинтез лимонена идут в клетке параллельно. Им пришлось заменить ChuA на другой транспортер гема, который кодируется опероном hug бактерии Plesiomonas shigelloides. Ген, кодирующий CYP119, был поставлен под контроль слабого промотора lacUV5 в составе плазмиды pJHA135. В этих условиях в клетках происходило циклопропилирование лимонена искусственным металлоферментом с образованием терпеноида, который ранее никогда не синтезировался живыми клетками.

Авторы отмечают, что искусственные металлоферменты могут быть использованы для образования в живых клетках веществ, которые ранее не встречались в живой природе.

Цитируется по:

Huang J., et al. Unnatural biosynthesis by an engineered microorganism with heterologously expressed natural enzymes and an artificial metalloenzyme // Nature Chemistry, 2021. DOI: 10.1038/s41557-021-00801-3.

19.10.2021