Химия без нефти ближе, чем кажется: дрожжи показали, как химия может работать без катастроф

Японские биологи сделали шаг к тому, чтобы микроорганизмы работали там, где раньше они быстро погибали. Исследователи смогли изменить обычные пекарские дрожжи так, что те стали гораздо выносливее и продуктивнее. Результат может повлиять на будущее фармацевтики, косметики и химической промышленности. Об этом сообщает Газета. Ru.

Дрожжи против собственной токсичности

В центре исследования оказался 2,3-бутандиол — органическое соединение, востребованное при создании лекарственных препаратов, косметических средств и различных химических компонентов. Его давно пытаются получать с помощью биотехнологий, поскольку такой подход считается более экологичным по сравнению с традиционными методами химического синтеза и снижает нагрузку на окружающую среду. Переход к таким решениям вписывается в общий тренд развития устойчивых технологий, которые постепенно вытесняют нефтехимическое производство.

Основной "производитель" вещества — дрожжи Saccharomyces cerevisiae — плохо переносят высокие концентрации собственного продукта. По мере накопления 2,3-бутандиола он начинает действовать на клетки токсично, из-за чего рост культуры замедляется, а выход полезного соединения резко падает. Аналогичные ограничения ранее уже тормозили развитие других направлений биосинтеза, где микроорганизмы сталкиваются с агрессивной средой или побочными продуктами метаболизма.

Эксперимент с направленными мутациями

Команда под руководством доцента Ресуке Ямады из Осакского муниципального университета решила пойти другим путём. Учёные применили метод направленного мутагенеза, последовательно изменяя геном дрожжей и отбирая варианты, которые демонстрировали наибольшую устойчивость. Такой подход всё чаще используется в современной микробиологии и позволяет адаптировать живые системы под конкретные производственные задачи.

Модифицированные штаммы проверяли сразу на несколько факторов стресса. Среди них были высокая температура, кислая среда, этанол и повышенные концентрации 2,3-бутандиола. Подобные многофакторные испытания считаются более показательными, поскольку приближают лабораторные условия к реальным промышленным процессам, где микроорганизмы редко сталкиваются лишь с одним источником нагрузки.

Рекордная устойчивость и новые перспективы

В ходе работы исследователи получили четыре перспективных штамма, но особенно выделился вариант YPH499/Co58. В среде с высокой концентрацией 2,3-бутандиола он размножался в 122 раза активнее, чем исходная культура дрожжей. Для биотехнологии это означает принципиально иной уровень стабильности и экономической эффективности процесса.

Генетический анализ показал, что устойчивость связана не с одной мутацией, а с перестройкой целого комплекса клеточных процессов. Клетки научились лучше справляться с токсической нагрузкой и поддерживать энергетический баланс, что делает их пригодными для длительной работы. Ранее похожие идеи обсуждались и в других направлениях, включая проекты, где биотехнологии рассматриваются как универсальный инструмент для работы в экстремальных условиях.

По мнению авторов работы, опубликованной в журнале Applied Microbiology and Biotechnology, подобная стратегия может быть использована и для других соединений. В перспективе такие микроорганизмы способны лечь в основу "зелёного" синтеза топлива, лекарств и промышленных компонентов, дополняя уже существующие разработки в области зелёной химии.

Расширение возможностей микроорганизмов открывает дорогу к более чистым и устойчивым производственным цепочкам. Если подобные штаммы покажут стабильность за пределами лабораторий, они могут существенно изменить баланс между промышленной эффективностью и экологической безопасностью.