Fig.1 Producción de fenol mediante bacterias. Crédito:Osami Shoji y Masayuki Karasawa
Los investigadores de la Universidad de Nagoya utilizan E. coli para convertir benceno en fenol, simplificar una reacción química que es difícil por métodos convencionales
Romper los enlaces carbono-hidrógeno es muy difícil en química de laboratorio, sin embargo, la naturaleza lo hace sin esfuerzo. Ahora, Los científicos han utilizado la bacteria E. coli para oxidar los enlaces C-H en el benceno para generar fenol, con una enzima insertada genéticamente (citocromo P450BM3), que originalmente evolucionó para apuntar a otras moléculas, ácidos grasos de cadena larga.
Conseguir que las enzimas realicen reacciones novedosas (secuestrar efectivamente la bioquímica de las células vivas para nuestros propios fines) es generalmente complicado, que implican duras condiciones o modificación genética de las propias enzimas.
Sin embargo, investigadores de la Universidad de Nagoya trabajaron en torno a esto mediante el uso de moléculas "señuelo", que imitan las dianas nativas (sustratos) de enzimas naturales, para activar la reacción deseada.
Como se informó en Edición internacional Angewandte Chemie , El equipo de investigación creó un compuesto, denominado C7-Pro-Phe, basado en aminoácidos. Esta molécula señuelo se parece a los ácidos grasos que metaboliza E. coli. Inserte el señuelo en una celda de E. coli, y se reconocerá erróneamente como un ácido graso, desencadenando la activación de la enzima P450 insertada. Ahora suministre benceno (C6H6), y las bacterias se ponen ocupadas, oxidar C6H6 a C6H6O (fenol). No es necesario el equipo de laboratorio habitual:las células vivas pueden hacer química compleja de manera silenciosa y eficiente.
Fig.2 Hidroxilación de benceno usando moléculas señuelo. Ciclo catalítico general de P450BM3 (negro) y un ciclo catalítico plausible (azul) para la hidroxilación de benceno catalizada por P450BM3 con la ayuda de la molécula señuelo. Crédito:Osami Shoji y Masayuki Karasawa
"La ventaja de nuestro sistema es que las bacterias pueden absorber fácilmente C7-Pro-Phe, donde activa P450BM3 en la celda. Esto convierte efectivamente a cada bacteria en un biocatalizador de célula completa, "El primer autor del estudio, Masayuki Karasawa, dice." La célula es un escenario óptimo para la reacción bioquímica. Los señuelos en realidad remodelan el sitio activo de la enzima, dándonos control sobre aspectos de la reacción, como la estereoselectividad ".
Todo lo que se necesita es un suministro listo de glucosa, que se puede reciclar de los productos de desecho, para alimentar a la E. coli.
Debido a que E. coli expresa una variante de la enzima de origen natural, en lugar de genéticamente modificada, es probable que otras bacterias también puedan modificarse con el mismo gen para realizar este trabajo. Es más, diferentes señuelos pueden ser adecuados para diferentes sustratos o bacterias. "Un programa combinado de detección de señuelos y mutagénesis podría crear un conjunto de herramientas versátil para reacciones de células completas utilizando bacterias, "dice el coautor Osami Shoji.
