Создана бактерия, способная синтезировать неприродный терпеноид

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.

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.

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.