Гидрирование кишечной палочкой: когда бактерии работают на химический синтез

Одной из важнейших задач современной химической промышленности является снижение воздействия на окружающую среду. Обычно, когда речь идёт о «зелёной химии», мы вспоминаем 12 принципов, сформулированных Полом Анастасом и Джоном Уорнером. Но зелёная химия — это не только принципы, но и поиск новых платформ для устойчивого синтеза.

Уже публиковались интригующие работы на стыке биологии и химии: например, исследование Паоло Бомбелли и коллег (Curr. Biol. 2017), показавшее, что личинки восковой моли (Galleria mellonella) способны деградировать полиэтилен. Такие примеры вдохновляют на поиск новых способов использовать живые системы для химических трансформаций.

В новой статье, опубликованной в Nature Chemistry, исследователи пошли ещё дальше: они продемонстрировали, что генетически немодифицированная кишечная палочка (Escherichia coli) может генерировать водород in situ для биосовместимого гидрирования алкенов. В качестве катализатора использовали Royer Pd — палладий, нанесённый на катионный полимер полиэтиленимин (Рис. 1). За счёт электростатического притяжения катализатор прочно связывается с отрицательно заряженной внешней мембраной бактерии, но не проникает внутрь клетки, что обеспечивает биосовместимость процесса.

Главное преимущество подхода — поразительно мягкие условия реакции: pH 7, 30–37 °C, атмосферное давление. Для инженерного штамма E. coli XH2-2 конверсия алкенов превышает 98%, а выходы целевых продуктов достигают 100%.

Особенно впечатляет возможность объединить биосинтез и гидрирование в одном реакторе: генетически модифицированные штаммы E. coli одновременно производят алкеновый субстрат (например, коричную кислоту) и водород. В итоге ценные соединения, такие как дигидрокоричная или адипиновая кислота, можно получать буквально из ферментативного гидролизата хлебных отходов (Рис. 2). Это важный шаг к углеродно-негативному производству химикатов.

Ссылка на статью