Ученые из США разработали штамм бактерий Pseudomonas putida для переработки сельскохозяйственных отходов. Микроорганизмы способны одновременно потреблять основные виды растительных сахаров. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
В ходе исследования специалисты изучали возможности управляемой эволюции для создания новых микроорганизмов. Бактерии адаптировали для питания недорогим сырьем, в том числе отходами агропромышленного комплекса и пластиком. Целью работы стало получение микробов, способных быстро усваивать все компоненты растительной биомассы.
Инженеры применили автоматизированную платформу ALEbot для культивирования микроорганизмов. Оборудование проводило множество параллельных экспериментов в круглосуточном режиме на протяжении нескольких месяцев. Это позволило направить эволюцию новых вариантов бактерий Pseudomonas putida в нужное русло. Автоматизация процесса ускорила выявление штаммов с заданными характеристиками.
Исследователи поместили бактерии в среду со специфической смесью углеводов. Для выживания и конкуренции с другими вариантами штамму требовалось полное потребление всех доступных питательных веществ. В результате сформировались микроорганизмы широкого профиля, а не узкие «специалисты». Разработанные бактерии могут поглощать глюкозу, ксилозу и арабинозу.
Промышленное применение бактерий
Исходным материалом послужил штамм, ранее модифицированный для потребления трех видов сахаров. Изначальный вариант не обладал достаточной эффективностью для промышленного использования, но инженеры смогли оптимизировать процессы обмена веществ внутри клеток. Скорость поглощения питательных элементов значительно возросла.
Универсальные бактерии могут стать основой для экономики биопроизводства будущего. Они позволят эффективно использовать сырье, которое не отличается высокой однородностью. Микроорганизмы перерабатывают сложные органические соединения в полезные химические вещества. Технология снижает затраты на предварительную подготовку растительных отходов.
Специалисты запрограммировали новый штамм на выработку конкретного целевого продукта. Бактерии начали синтезировать индигоидин, который применяется в качестве синего пигмента для окрашивания тканей. Полученные результаты закладывают основу для разработки других промышленных применений.
Ранее ученые создали устойчивые к пестицидам бактерии, которые повысят урожайность растений.