Создан синтетический фермент для превращения CO₂ в муравьиную кислоту

Учёные из Института наземной микробиологии Общества Макса Планка разработали синтетический фермент, который может стать ключевым элементом для создания углеродно-нейтральной биоэкономики. Он позволяет эффективно преобразовывать углекислый газ в муравьиную кислоту (формиат) — перспективное сырьё для производства топлива, пластиков и других материалов.

Высокопроизводительные устройства позволяют ускорить исследования. На фото тестируется 96 образцов для ферментативного превращения формиата в формальдегид. Автор: MPI f. Terrestrial Microbiology / Franka Eiche

Исследовательская группа под руководством Марен Наттерманн создала фермент FAR (формиатредуктаза), который с высокой точностью и стабильностью превращает формиат в формальдегид. Это критически важный шаг для интеграции CO₂ в клеточный метаболизм. Работа основана на предыдущих достижениях, когда учёные внедрили полностью синтетический формилфосфатный путь в бактерии кишечной палочки (E. coli).

Как объясняет соавтор работы Себастьян Венк из Гронингенского университета, их работа показала, что синтетический метаболический путь для переработки формиата работает в живых организмах. Это значительный шаг к созданию микроорганизмов, способных использовать полученный из CO₂ формиат для производства пищи, топлива и материалов.

Фермент FAR был создан на основе карбоксикислотной редуктазы (CAR) из бактерии Mycobacteroides abscessus. С помощью направленного мутагенеза и высокопроизводительного скрининга около 4000 вариантов учёные модифицировали фермент, чтобы он предпочтительно работал с малыми молекулами, такими как формиат. В результате удалось добиться пятикратного увеличения выхода формальдегида.

«С FAR у нас теперь есть единственный, стабильный фермент, который надёжно восстанавливает формиат до формальдегида — именно там, где начинаются многие биотехнологические пути», — объясняет Марен Наттерман.

Ключевым преимуществом нового фермента является его устойчивость к высоким концентрациям формиата, в которых предыдущие системы полностью отказывали. Это делает его пригодным для промышленных процессов, где формиат производится электрохимически в больших объёмах.

FAR можно использовать как в живых клетках, так и в бесклеточных системах, а также в электро-биохимических производственных линиях. В будущем это может открыть путь к производству из CO₂ основных химикатов, биопластиков или топлива. Исследователи уже планируют комбинировать FAR с другими синтетическими метаболическими путями.

Исследование опубликовано в журнале Metabolic Engineering.