Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé une voie enzymatique artificielle pour synthétiser des isoprénoïdes, ou des terpènes, dans E. coli . Ce plus court, plus efficace, des transformations de parcours rentables et personnalisables E. coli dans une usine qui peut produire des terpènes pour une utilisation dans tout, des médicaments contre le cancer aux biocarburants.

Les terpènes sont une grande classe de molécules d'origine naturelle qui sont utiles dans des industries allant des produits pharmaceutiques et cosmétiques à l'alimentation et aux biocarburants. Dans la nature, les terpènes se trouvent dans les plantes et les microbes; par exemple, le lycopène, qui donne leur couleur aux tomates, est un terpène.

Puisqu'il n'est pas pratique d'extraire ces molécules directement de leurs sources naturelles, les scientifiques peuvent utiliser la biosynthèse pour les produire. Cependant, la biosynthèse des terpènes s'est traditionnellement avérée difficile.

"Les terpènes sont difficiles à biosynthétiser car les méthodes de la nature pour fabriquer les éléments constitutifs de ces molécules sont longues, complexes et impliquent des enzymes difficiles à concevoir, " dit Gavin Williams, professeur agrégé de chimie à NC State et auteur principal d'un article décrivant le travail. "Ces difficultés à leur tour rendent difficile la conception de microbes pour fabriquer ces molécules en grandes quantités."

Williams travaille avec E. coli , insérer des voies enzymatiques dans les bactéries qui les transforment en minuscules usines de production moléculaire. Avec un ancien Ph.D. étudiant Sean Lund, et étudiante diplômée actuelle Rachael Hall, Williams a conçu une voie artificielle pour la synthèse des terpènes qui n'utilise que deux enzymes, plutôt que les six ou sept qui se produisent dans les voies naturelles.

"La nature utilise environ deux voies pour la synthèse des terpènes, et chacun se compose de six ou sept enzymes, " dit Williams. " Nous avons créé une troisième voie - un raccourci - avec deux enzymes qui se produisent dans la nature, mais qui ne sont normalement pas impliqués dans cette voie."

L'une des enzymes clés utilisées par Williams et son équipe, une phosphatase acide (PhoN), élimine normalement les phosphates. Mais dans la voie artificielle, cette enzyme effectue habilement la réaction inverse. "PhoN est particulièrement utile ici, en raison de sa nature de promiscuité, " dit Williams. " La promiscuité des enzymes signifie qu'elles peuvent effectuer la même transformation sur de nombreuses molécules différentes. "

L'équipe a conçu E. coli produire plusieurs variétés différentes de terpène avec la voie simplifiée, dont le lycopène. Ils ont découvert que la nouvelle voie était aussi productive que plus longue, des voies plus difficiles à concevoir actuellement utilisées.

"Ce simple, la voie et la souche prototypiques sont tout aussi efficaces que celles qui ont été largement conçues pour fabriquer les molécules d'intérêt, " dit Williams. " Et parce que la voie est promiscuité, c'est personnalisable."

Les prochaines étapes pour les chercheurs comprennent l'utilisation de la voie pour fabriquer des terpènes nouveaux dans la nature à utiliser dans des composés trop coûteux à fabriquer avec les méthodes actuelles.

L'œuvre apparaît dans ACS Biologie Synthétique .