I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un percorso enzimatico artificiale per sintetizzare isoprenoidi, o terpeni, in E. coli . Questo più breve, più efficiente, trasformazioni di percorso convenienti e personalizzabili E. coli in una fabbrica in grado di produrre terpeni da utilizzare in qualsiasi cosa, dai farmaci antitumorali ai biocarburanti.

I terpeni sono una vasta classe di molecole presenti in natura che sono utili in industrie che vanno dai prodotti farmaceutici e cosmetici agli alimenti e ai biocarburanti. In natura, i terpeni si trovano nelle piante e nei microbi; Per esempio, il licopene, che conferisce ai pomodori il loro colore, è un terpene.

Poiché non è pratico estrarre queste molecole direttamente dalle loro fonti naturali, gli scienziati possono utilizzare la biosintesi per produrli. Però, la biosintesi dei terpeni si è tradizionalmente dimostrata impegnativa.

"I terpeni sono difficili da biosintetizzare perché i metodi naturali per creare i mattoni di queste molecole sono lunghi, complicati e coinvolgono enzimi difficili da ingegnerizzare, "dice Gavin Williams, professore associato di chimica presso la NC State e autore principale di un articolo che descrive il lavoro. "Queste difficoltà a loro volta rendono difficile progettare i microbi per produrre queste molecole in grandi quantità".

Williams lavora con E. coli , inserendo percorsi enzimatici nei batteri che li trasformano in minuscole fabbriche di produzione molecolare. Con l'ex dottorato di ricerca studente Sean Lund, e l'attuale studentessa laureata Rachael Hall, Williams ha progettato un percorso artificiale per la sintesi dei terpeni che utilizza solo due enzimi, piuttosto che i sei o sette che si verificano nei percorsi naturali.

"La natura utilizza circa due vie per la sintesi dei terpeni, e ciascuno consiste di sei o sette enzimi, " dice Williams. "Abbiamo creato una terza via, una scorciatoia, con due enzimi che si trovano in natura, ma che normalmente non sono coinvolti in questo percorso."

Uno degli enzimi chiave utilizzati da Williams e dal suo team, una fosfatasi acida (PhoN), rimuove normalmente i fosfati. Ma nel percorso artificiale, questo enzima esegue abilmente la reazione inversa. "PhoN è particolarmente utile qui, per la sua natura promiscua, " Dice Williams. "La promiscuità negli enzimi significa che possono effettuare la stessa trasformazione su molte molecole diverse".

Il team ha progettato E. coli per produrre diverse varietà di terpeni con il percorso semplificato, compreso il licopene. Hanno scoperto che il nuovo percorso era altrettanto produttivo quanto più lungo, percorsi più difficili da progettare attualmente in uso.

"Questo semplice, il percorso e il ceppo prototipici sono altrettanto efficaci di quelli che sono stati ampiamente progettati nella produzione delle molecole di interesse, " dice Williams. "E poiché il percorso è promiscuo, è personalizzabile."

I prossimi passi per i ricercatori includono l'utilizzo del percorso per produrre terpeni nuovi in ​​natura da utilizzare in composti troppo costosi da produrre con i metodi attuali.

L'opera appare in Biologia sintetica ACS .