RW Space

Осьминоги и другие головоногие моллюски являются мастерами камуфляжа, во многом благодаря меняющей цвет коже, которая помогает им словно исчезнуть на заднем плане. Теперь исследователи сообщают о большом шаге на пути к воссозданию своей сверхспособности.

Команде под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось массово производить ключевой пигмент, ксантомматин, который встречается в психоделической коже многих головоногих моллюсков. До сих пор было доказано, что ксантомматин нецелесообразно собирать у животных или производить в лаборатории.

Технически исследователи не создавали пигмент. Для его создания они создали биоинженерные бактерии, убедив микробы не только производить это редкое вещество, но и делать это с беспрецедентной эффективностью, производя в 1000 раз больше ксантомматина, чем предыдущие методы.

По теме: Удивительное изменение цвета кальмаров может стать ключом к сверхэффективной солнечной технологии

Облегченный доступ к ксантомматину может помочь усилиям по изучению камуфляжа головоногих моллюсков, потенциально прольет новый свет на это чудо природы и предложит подсказки, которые помогут нам имитировать его.

Помимо стимулирования поиска человечеством способностей осьминога, новое исследование также имеет значение для нашего растущего понимания микробного производства. Если бактерии можно будет аналогичным образом убедить производить другие химические вещества, это может привести к серьезному обновлению существующей промышленной практики.

«Мы разработали новую технику, которая впервые ускорила наши возможности по производству материала, в данном случае ксантомматина, в бактерии», — говорит старший автор Брэдли Мур, морской химик из Океанографии Скриппса и Калифорнийского университета в Сан-Диего.

«Этот природный пигмент — то, что дает осьминогу или способность кальмара маскироваться – фантастическая сверхспособность – и наше достижение в области производства этого материала – это лишь верхушка айсберга», – говорит Мур.

Чтобы получить высокие урожаи от сопротивляющихся бактерий, они использовали новый метод, который они называют «биосинтезом, связанным с ростом», который стимулировал бактерии вырабатывать много ксантомматина, связывая их выживание с производством пигментов.

«Нам нужен был совершенно новый подход к решению этой проблемы. проблема», — говорит ведущий автор Лия Бушин, которая руководила исследованием в лаборатории Мура в Океанографии Скриппса.

«По сути, мы придумали способ заставить бактерии производить больше материала, который нам нужен».

Бактерии — практичные организмы, и они не любят тратить свои скудные ресурсы на производство продуктов, которые не являются строго необходимыми для их выживания.

Итак, Бушин и ее коллеги сделали бактериям предложение, которое они не могли сделать. отказаться. Они генетически сконструировали «больные» клетки, которые могли расти только в том случае, если продолжали производить два соединения: ксантомматин и муравьиную кислоту.

Последняя служила топливом, а поскольку бактерия производила одну молекулу муравьиной кислоты для каждой новой молекулы пигмента, у нее было достаточно топлива для роста — пока она производила пигмент. Этот цикл обратной связи впоследствии поддерживал интенсивное производство пигмента.

«Мы сделали так, что деятельность по этому пути создания интересующего соединения абсолютно необходима для жизни», — говорит Бушин. «Если организм не вырабатывает ксантомматин, он не будет расти».

С помощью метода удалось получить до 3 граммов пигмента на литр среды. Это звучит не так уж много, но это намного выше, чем 5 миллиграммов на литр, которые можно получить с помощью других методов, говорят ученые.

Как только были созданы условия, команде не пришлось долго ждать результатов.

«Это был один из моих лучших дней в лаборатории», — говорит Бушин. «Я поставил эксперимент и оставил его на ночь. Когда на следующее утро я пришел и понял, что он работает и производит много пигмента, я был в восторге. Именно такие моменты я занимаюсь наукой».

Помимо обратной связи, управляющей этой стратегией, исследователи оптимизировали свои творения с помощью адаптивной лабораторной эволюции и использовали инструменты биоинформатики, чтобы повысить эффективность и дать микробам возможность синтезировать пигмент из одного источника питательных веществ, например глюкозы.

Результаты намекают. у этой концепции огромный потенциал, — говорит соавтор Адам Файст, биоинженер из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

«Этот проект дает возможность заглянуть в будущее, где биология позволит устойчиво производить ценные соединения и материалы посредством передовой автоматизации, интеграции данных и компьютерного проектирования», — говорит Файст.

«Здесь мы показываем, как мы можем ускорить инновации в биопроизводстве, объединив инженеров, биологов и химиков, используя некоторые из самых передовых методов инженерии штаммов для разработки и оптимизировать новый продукт за относительно короткое время».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Biotechnology.