لقد قام علماء التكنولوجيا الحيوية بزراعة الخميرة التي تجعل زيت النخيل غير ضروري

زيت النخيل ومشتقاته موجود في كل مكان اليوم – من مستحضرات التجميل إلى المواد الكيميائية المنزلية إلى الطهي والطعام. ضرره هائل – ليس على الصحة، ولكن خطأ يعتقد الشخص العادي، ولكن بالنسبة للطبيعة: يتم قطع الغابات الاستوائية، ويتم تدمير موائل الأنواع النادرة، ويفلس المزارعون المحليون.

سيساعد الاختراع الجديد في تقليل الحاجة إلى هذه المادة الخام القيمة، بالإضافة إلى زيت جوز الهند المكلف بيئيًا. تم وصف نهج التكنولوجيا الحيوية الذي يمكن أن يدعم الإنتاج الأكثر أمانًا في المجلة الطبيعة والبيولوجيا الكيميائية.

الناقل الجزيئي مع التحكم الدقيق

محور الدراسة هو سينسيز الأحماض الدهنية (فاس). هذا الإنزيم هو نوع من الحزام الناقل الجزيئي المسؤول عن إنتاج الأحماض الدهنية في جميع الكائنات الحية.

يوضح البروفيسور مارتن غرينينغر من جامعة غوته في فرانكفورت، الذي قاد الدراسة: “إن FAS هو أحد أهم الإنزيمات في عملية التمثيل الغذائي الخلوي، والذي شحذه التطور على مدى ملايين السنين”.

عادة، ينتج هذا الإنزيم حمض البالمتيك المكون من 16 كربون، والذي يعمل بمثابة لبنة بناء لأغشية الخلايا وتخزين الطاقة. وتحتاج الصناعة بشكل أساسي إلى إصدارات أقصر تحتوي على سلسلة من 6 إلى 14 ذرة كربون، والتي يتم الحصول عليها الآن من الزيوت النباتية.

“ميزتنا الأساسية هي التحكم الدقيق في طول السلسلة. من الناحية النظرية، يمكننا الحصول على سلسلة من أي طول، وقد أوضحنا ذلك بالمثال C”.₁₂– حمض دهني لا يمكن استخلاصه إلا من نواة النخيل أو جوز الهند.

الفهم من خلال التغيير

أمضى جرينينجر وفريقه عقدين من الزمن في دراسة الأساس الجزيئي لـ FAS. ووجدوا أن طول السلسلة يتم تنظيمه من خلال تفاعل وحدتين فرعيتين: يضيف الكيتوسينثاس ذرتي كربون، ويفصل الثيوستيراز عن السلسلة النهائية كحمض دهني.

“نشأت فكرة: هل من الممكن تجاوز التحليل وإنشاء FAS مع تنظيم جديد لطول السلسلة؟ يبدأ الفهم الحقيقي عندما يمكنك تغيير ظاهرة ما أو تكييفها مع احتياجاتك،” البروفيسور مقتنع.

تعديلان مستهدفان يؤديان إلى النجاح

تم تبني هذه الفكرة من قبل طالب الدكتوراه في جرينينجر داميان لوديج.

“لقد سألنا أنفسنا ماذا سيحدث إذا قمنا بالتدخل بشكل متعمد في تفاعل هاتين الوحدتين الفرعيتين. هل سنكون قادرين بعد ذلك على التحكم في طول سلسلة الأحماض الدهنية المركبة؟” – يقول.

استخدم لوديغ تقنيات هندسة البروتين التي جعلت من الممكن استبدال الأحماض الأمينية الفردية أو تعديل مجالات البروتين بأكملها.

يتابع لودج: “لقد أدى تعديلان على FAS باستخدام أساليب هندسة البروتين إلى تحقيق هدفنا في النهاية”. “في الوحدة الفرعية من الكيتوسينثاس، قمت أولاً باستبدال حمض أميني واحد، مما أدى إلى استطالة السلسلة إلى ما بعد حد معين بكفاءة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، قمت باستبدال الوحدة الفرعية من الثيوستيراز ببروتين مماثل من البكتيريا النشطة في إزالة السلاسل القصيرة.”

واعتمادًا على المزيد من الإعدادات، أصبح لوديج قادرًا على إنتاج أحماض دهنية قصيرة ومتوسطة السلسلة.

تم تحقيق نتائج مذهلة من خلال التعاون مع معهد داليان للفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. لقد قام مختبر البروفيسور تشو يونغجين بزراعة سلالات خميرة باستخدام إصدارات “مصممة” من FAS الخاص بـ Greeninger، مما أدى إلى إنتاج أحماض دهنية بطول 12 ذرة كربون بدلاً من 16. وقد قدم كلا المختبرين بالفعل براءات اختراع لتقنياتهما.

من الأحماض الدهنية إلى الأدوية

وفي الوقت نفسه، ذهب مختبر جرينينجر إلى أبعد من ذلك، حيث اكتشف كيفية القيام بذلك منصة FAS متعددة الاستخدامات لهندسة المسارات الاصطناعية الحيوية المستهدفة. اتضح أنه يمكن إعادة تكوين الإنزيم لإنتاج ستيريلبيرونات، وهي سلائف للمركبات ذات التأثيرات المحتملة المضادة للقلق المستمدة من الكافا (بايبر ميثيستيكوم).

“لقد استكشفنا بشكل منهجي كيف يمكن هندسة مسارات التخليق الحيوي بأكملها بناءً على FAS من لبنات البناء المتاحة بسهولة” ، قال غرينينغر.

ليس لهذه النتائج حتى الآن تطبيقات عملية مباشرة، ولكنها توفر مبادئ توجيهية مهمة للتصميم المستقبلي للتركيبات الجديدة.

وأكد الباحث: “سنستمر في اتباع هذا المسار”. “سوف نستخدم هذا الإنزيم لإنشاء أغشية حيوية صناعية، والتي ستساعد دراستها على فهم العضيات الرئيسية بشكل أفضل مثل الشبكة الإندوبلازمية والميتوكوندريا.”