Коллектив ученых химического факультета и факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ выяснил, какие штаммы бактерий могут стать основой для микробиологического синтеза биоПАВ – сурфактина. Результаты исследований помогут создать бактерии-суперпродуценты, способные синтезировать соединение в больших количествах. Это сделает процесс производства сурфактина дешевле, а биоПАВы – доступнее. Работа выполнена в рамках национального проекта «Наука и университеты», который призван поддерживать и развивать научную деятельность и образование в России. Исследование поддержано грантом Минобрнауки №075-15-2021-1396, результаты опубликованы в журнале «Биотехнология».
Фото: Софья Шехтман, Юлия Чернова / пресс-служба химического факультета МГУ
Сегодня в составе любых косметических средств или бытовой химии присутствуют поверхностно-активные вещества – ПАВы. Они облегчают удаление жира и загрязнений с одежды и кожи, их используют в качестве эмульгаторов и пенообразующих компонентов. Однако многие ПАВы синтетического происхождения при очищении кожи человека не видят разницы между излишками жира и естественной жировой пленкой, поэтому потребители сталкиваются с проблемами сухости и раздражений. По этой причине сейчас все больше внимания уделяют ПАВ биологического происхождения – биоПАВ. Они мягче воздействуют на ткани и кожу человека и легче разлагаются. Основные источники этих соединений – растительное сырье и микроорганизмы. БиоПАВ, который в последнее время обрел популярность среди исследователей, – сурфактин. «В лабораторных условиях научные группы успешно протестировали это соединение в качестве ПАВ в разных отраслях – косметологии, нефтехимии и медицине. Помимо этого, сурфактин обладает антибактериальной и противогрибковой активностью. Однако из-за сложного строения его трудно производить в больших количествах на том же химическом заводе, где делают синтетические ПАВ», – рассказывает один из авторов работы, студент химического факультета Вадим Трефилов.
Одна из альтернатив привычному способу производства – микробиологический синтез. Бактерии, вырабатывающие необходимое соединение, выращиваются в специальных резервуарах-ферментерах. Через некоторое время их отделяют от питательной среды, в которой они росли, после чего из жидкости выделяют нужное вещество. Сейчас этот способ синтеза широко применяется для получения аминокислот, витаминов и ферментов. Однако для сурфактина такой метод производства пока что не подходит, так как эффективность синтеза этого вещества природными штаммами бактерий слишком мала. Поэтому основная задача ученых – создать бактерию, которая станет суперпродуцентом сурфактина и сделает этот биоПАВ экономически доступным.
Научная группа из МГУ изучила два штамма бактерии Bacillus subtilis – естественного продуцента сурфактина. Ученые выделили геномную ДНК штаммов и определили их нуклеотидные последовательности. Затем с помощью специальных компьютерных алгоритмов и программ проанализировали мутации в геноме: «В первую очередь, нас интересовала та часть генома, которая отвечает за синтез сурфактина. Мутации в этих генах мы считали мешающими, в то время как мутации в генах, отвечающих за конкурирующие процессы биосинтеза, могут позитивно влиять на получение интересующего нас соединения, – поясняет Вадим Трефилов. – Один из штаммов не имеет мутаций, серьезно влияющих на синтез сурфактина. Однако у него есть преимущества по сравнению с другими штаммами: он лучше растет и более устойчив к воздействию внешней среды. В другом штамме найдены мутации, которые могут положительно влиять на процесс синтеза сурфактина».
В дальнейшем ученые планируют различными способами модифицировать эти штаммы, чтобы создать на их основе бактерию-суперпродуцент сурфактина. Видоизмененные микроорганизмы станут еще одним шагом к промышленному и экономически выгодному получению этого биоПАВ.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ