Разработан синтез растительного белка в клетках кишечной палочки
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН предложили производство белка леггемоглобина из клубеньков бобовых в активном оксигенированном (насыщенном кислородом) состоянии в кишечной палочке при помощи гена леггемоглобина из сои.
Белок леггемоглобин может стать важным компонентом «альтернативного мяса» из растительного сырья. Среди дополнительных способов его получения — синтез в бактериях, дрожжах и других микроорганизмах.
Ранее специалистами было установлено, что если синтезировать леггемоглобин в клетках микроорганизмов, белок может вести себя и как антиоксидант, и как окислитель, рискуя повредить клетки из-за образования свободных радикалов. Ученые решили проверить, как будет работать леггемоглобин в бактериях Escherichia coli, и узнать, в какой концентрации и в каком виде культура клеток может производить леггемоглобин безопасно для себя.
«Долгое время леггемоглобин исследовали только как компонент азотфиксирующих систем растений, от которых зависит урожай бобовых. Однако за последние несколько лет интерес к этому белку возрос. Дело в том, что в пищевой промышленности повышается спрос на растительные белки, которые могут быть использованы как сырье для так называемого «растительного мяса». Леггемоглобин, который делает содержимое клубеньков похожим на кровь, может стать ингредиентом для таких продуктов — в том числе потому, что он содержит железо в форме, которая легко усваивается человеческим организмом, — в той же форме, в какой оно содержится в гемоглобине человека. Возможно, основным источником леггемоглобина в промышленных масштабах будет соя. Это растение сравнительно легко выращивать, а его клубеньки содержат нужный белок в больших концентрациях. Альтернативный способ — получение леггемоглобина биотехнологическими методами. Для этого гены, отвечающие за его синтез, помещают в клетки бактерий, дрожжей или других микроорганизмов», — рассказал о своей работе доктор биологических наук Алексей Топунов, завлабораторией азотфиксации и метаболизма азота ФИЦ Биотехнологии РАН.
В новой работе биологи проверили, будет ли производство леггемоглобина сильным окислительным стрессом для клетки, или же, как в некоторых аналогичных системах, бактерия найдет способы противостоять этому эффекту. В экспериментах использовались три клеточные культуры кишечной палочки: одна из них синтезировала нужный белок в небольших количествах, другая — в больших, а третья, контрольная, не синтезировала вообще.
При помощи различных биохимических и физико-химических методов ученые проанализировали взаимодействие леггемоглобина с веществами, вызывающими клеточный стресс, — соединениями оксида азота и активными формами кислорода. Несмотря на работу бактериальных ферментов, которые противостоят окислительному стрессу, леггемоглобин сделал E. coli более чувствительными к такому воздействию.
«В использованной бактериальной системе прооксидантное (окислительное) действие леггемоглобина преобладало над антиоксидантным. Это можно объяснить тем, что на производство нового белка клетки затрачивали дополнительную энергию и ресурсы, поэтому бактериям было труднее еще и нейтрализовать окислительные эффекты, а, кроме того, и сам леггемоглобин мог переходить в другую форму и становиться более сильным окислителем. Полученные данные помогут лучше разобраться в механизмах работы этого белка как в клубеньках, так и в микроорганизмах, что поможет в синтезе этого белка и других гемоглобинов методами биотехнологии», — уверен Алексей Топунов.
Результаты работы опубликованы на страницах журнала Molecules. Исследование проходило в рамках НЦМУ «Агротехнологии будущего».
Фото Freepik