Учёные из Университета Кобе разработали технологию, которая может произвести революцию в устойчивом производстве материалов с помощью микробов.
Для продвижения в использовании микробов для устойчивого производства материалов необходимо найти новые молекулярные инструменты, или ферменты, но это трудоёмко. Команда из Университета Кобе разработала методику, которая позволяет классифицировать тысячи кандидатов и рабочий процесс, позволяющий оценить представителей за одну ночь, что может стать фундаментальной технологией для биопроизводства.
Работа опубликована в ACS Catalysis.
По мере истощения нефтяных запасов и роста цен микроорганизмы могут производить полезные химические вещества и топливо из возобновляемых ресурсов. Они могут преобразовывать сырьё в продукты в мягких условиях с помощью специализированных молекулярных инструментов, называемых ферментами.
Нахождение подходящих ферментов, их модификация и объединение в молекулярные производственные линии — вот что такое биопроизводство. Биоинженер Университета Кобе Хасунума Томохиса говорит: «Кто контролирует ферменты, тот контролирует биопроизводство».
Существует множество доступных баз данных с более чем 200 миллионами записей о ферментах, но большая часть информации о них предположительна, а подтверждение их функций занимает много времени и труда.
Чтобы решить эту проблему, Хасунума и его команда придумали новый способ автоматической группировки большого количества ферментов, облегчающий выбор набора значимых представителей и сосредоточение исследований на них.
Кроме того, они разработали роботизированную систему, которая может тестировать активность репрезентативных ферментов на различных видах сырья в течение одного дня. Вместе это позволило бы им проверить большое количество ферментов на заданную функцию, и они решили попробовать это на классе, состоящем почти из 7 000 ферментов, которые участвуют в процессе, необходимом для производства сырья для топлива, пластмасс и ароматизаторов.
В ACS Catalysis команда сообщает, что этот подход позволил им идентифицировать фермент, производительность которого в 10 раз выше, чем у текущего промышленного стандарта. Не менее важно и то, что вновь идентифицированный фермент так же универсален, как и стандарт; то есть он может выполнять реакцию на широком спектре сырья.
«Прежде всего, это открытие демонстрирует, что наш подход способен идентифицировать до сих пор не признанные, высокоактивные и универсальные ферменты из этих баз данных», — сказал Хасунума.
Биоинженер также подчёркивает ещё одно преимущество своего метода, отмечая, что «большой объём данных как о различиях между ферментами, так и об отличиях в их универсальности позволяет нам точно определить, какие части фермента, вероятно, ответственны за заданное желаемое свойство. Это не только помогает нам прояснить действие фермента и улучшить эту функцию более целенаправленно, но и позволяет нам искать эту структуру в других ферментах».
Хасунума надеется, что технология, разработанная его командой, станет настолько полезной, что превратится в фундаментальную технологию для биопроизводства, как и сами базы данных.
Но он уже ищет следующее направление: «Наша технология позволяет нам соединять структуру фермента с функцией в больших масштабах — это идеальный учебный материал для ИИ. Мы думаем о разработке ИИ, который затем сможет использовать данные в базах данных для более точного прогнозирования функций ферментов».
Предоставлено
[Университет Кобе](https://phys.org/partners/kobe-university/)