Наночастицы, покрывающие дрожжи и отражающие свет, значительно повышают их эффективность в промышленном производстве полезных соединений.
В современной промышленности используется множество линий дрожжевых клеток, которые занимают большие ферментеры и производят необходимые вещества, как правило, из простых молекул сахаров. Биосинтез не предполагает использования высоких температур, давления и других рискованных и затратных методов, которые часто требуются при обычном химическом синтезе. Вместе с тем, значительная доля ресурсов, поступающих в биореактор, расходуется на поддержание жизнедеятельности дрожжей, и вопрос об увеличении эффективности биосинтеза остается важным.
Разработчики из Гарвардского университета предложили принципиально новый способ решения этой задачи, статья которых опубликована в журнале Nature. Дрожжевые клетки были покрыты наночастицами фосфида индия благодаря работе Цзюньлина Го (Junling Guo) и его соратников. Этот полупроводник обладает способностью поглощать энергию солнечного света, что позволяет сократить потребление химических веществ, необходимых для метаболизма дрожжей.
Множество биохимических реакций, протекающих в клетках, осуществляются благодаря коферменту НАДФ. Электрон сначала поглощается, например, в хлоропластах растений во время фотосинтеза, а затем высвобождается, например, при фотосинтетическом синтезе глюкозы. Подобный процесс осуществляется и полупроводниковыми наночастицами: фотоны выбивают из них электроны, которые попадают в клетку и инициируют восстановление НАДФ.
Ранее использовавшиеся для этой цели ресурсы питания дрожжей теперь можно направить на промышленный синтез. Экспериментальные исследования, проведенные авторами, подтверждают это: использование клеток дрожжей, модифицированных полупроводниковыми наночастицами, выполняющими роль «солнечных батарей», для производства шикимовой кислоты (прекурсора популярного противовирусного препарата «Тамифлю»), оказалось в три раза более продуктивным, чем при использовании стандартных дрожжей.