Косметика из отходов? Открытие микроорганизмов открывает более экологичный путь к созданию высокоценных химических продуктов

Исследователи из Департамента химической инженерии и прикладной химии Университета Торонто сделали важное открытие о том, как определенные штаммы бактерий производят ряд экономически ценных химических веществ, открывая двери для новых, более устойчивых методов производства. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Microbiology , показывают, как семейство молекул, используемых во всем — от чистящих средств до косметики и пищевых добавок, — может быть получено путем бактериальной ферментации, а не из пальмового масла, как это делается сегодня.

«Химические вещества, на которые мы здесь обращаем внимание, известны как среднецепочечные карбоновые кислоты (MCCA) или среднецепочечные жирные кислоты (MCFA)», — говорит профессор Крис Лоусон, возглавлявший исследовательскую группу. «Они состоят из шести-двенадцати атомов углерода и используются во всевозможных областях: в кормах для сельскохозяйственных животных, косметике, антимикробных средствах, поверхностно-активных веществах и многом другом. Мировой рынок этих веществ составляет около 3 миллиардов долларов».

Лоусон говорит, что в настоящее время среднецепочечные жирные кислоты в основном производятся из пальмоядрового масла, получаемого из семян плодов пальмы. Пальмовое масло в целом имеет плохую репутацию: его производство широко ассоциируется с вырубкой лесов, потерей биоразнообразия и другими экологическими проблемами.

Кроме того, поскольку пальмоядровое масло торгуется как сырьевой товар, Лоусон говорит, что бывает трудно отследить, происходит ли оно из плантаций, управляемых в соответствии с принципами устойчивого развития.

Лоусон и его команда входят в число многих групп по всему миру, которые стремятся разработать альтернативные методы производства среднецепочечных жирных кислот.

«Некоторые группы пытались производить среднецепочечные жирные кислоты (СЦЖК), используя модельные промышленные микроорганизмы, например, генетически модифицированную кишечную палочку или дрожжи», — говорит Лоусон. «Но этот процесс дорогостоящий и обычно требует рафинированных сахаров, получаемых из растений и крахмала. Мы же хотим использовать штаммы бактерий, которые производят СЦЖК естественным путем, посредством простого процесса ферментации. Это похоже на то, как дрожжи метаболизируют сахар в этанол в пивоваренной промышленности».

Бактерии, на которых сосредоточили свое внимание Лоусон и его команда, известны как бактерии, удлиняющие цепи (CEB). Они анаэробны, то есть процветают только в бескислородных условиях, например, глубоко под землей или даже в пищеварительной системе человека.

Бактерии CEB способны производить среднецепочечные жирные кислоты (MCFA) длиной до восьми атомов углерода в сотрудничестве с другими бактериями, которые помогают расщеплять сложные органические отходы. Поскольку им не требуется высокоочищенная пища, такая как кукурузный крахмал, они открывают возможность производства ценных среднецепочечных жирных кислот из материалов, которые в противном случае были бы выброшены как отходы.

Например, Лоусон и его команда рассматривают возможность использования в качестве корма пищевых отходов , таких как отходы, собранные в рамках программы «Зеленый контейнер» в Торонто, а также побочных продуктов агропродовольственного сектора, например, молочных отходов.

Но сначала команде необходимо преодолеть ключевое ограничение: хотя CEB могут создавать высокоэффективных MCFA, это происходит не всегда.

Выяснение причин, по которым бактерии переключаются на другие продукты.

«Мы хотим, чтобы они производили октановую кислоту, которая состоит из восьми атомов углерода и является одной из наиболее ценных среднецепочечных жирных кислот, особенно потому, что в пальмоядровом масле её не так много», — говорит Лоусон. «Но часто, когда мы выращиваем эти растения, мы обнаруживаем, что вместо этого они производят менее ценную четырёхъуглеродную молекулу, называемую бутиратом. Какой именно продукт они производят, зависит от условий, в которых они находятся, и до сих пор это, как правило, было невозможно предсказать».

В новой статье Лоусон и его команда, в которую входят аспирант Иэн Гоис, недавний выпускник Коннор Боуэрс, научный сотрудник Бён-Чхоль (Рой) Ким и научный сотрудник Роб Флик, подробно описывают метаболические и биохимические механизмы, которые способствуют образованию октановой кислоты по сравнению с бутиратом.

В статье представлена ​​метаболическая модель и биохимические данные, свидетельствующие о том, как соотношение лактата и ацетата — двух органических молекул, которыми питаются CEB, — контролирует длину углеродной цепи создаваемых ими продуктов.

Еще один важный вклад команды заключается в объяснении роли фермента, известного как КоА-трансфераза (CoAT), в процессе ферментации.

«Хотя некоторые бактерии способны естественным образом производить среднецепочечные жирные кислоты длиной до восьми атомов углерода, большинство микробов ограничиваются молекулами с четырьмя атомами углерода», — говорит Лоусон.

«Мы показали, что у бактерий, синтезирующих более длинные молекулы, КоА-трансфераза работает иначе. Она может воздействовать на предшественники, уже состоящие из шести или восьми атомов углерода, тогда как у организмов, синтезирующих только четырехъуглеродные молекулы, такие как бутират, используется другая версия фермента, которая этого не умеет».

Источник: https://phys.org/news/2026-04-cosmetics-microbial-discovery-greener-route.html