Специалисты обнаружили, как можно заставить бактерии синтезировать ксантомматин — пигмент, который позволяет осьминогам и кальмарам маскироваться. Этот биотехнологический прорыв может кардинально изменить подходы в материаловедении, косметической промышленности и устойчивой химии.
Осьминоги, кальмары, каракатицы и другие представители класса головоногих имеют уникальные способности к маскировке, быстро изменяя цвет своей кожи, чтобы гармонично вписываться в окружающую среду. Это замечательное свойство связано с наличием природного пигмента ксантомматина, который играет ключевую роль в процессе изменения окраски, как сообщает ScienceDaily.
Исследовательская группа из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего использовала биологически ориентированный подход, который позволил успешно синтезировать естественный пигмент ксантомматин в бактериальных клетках. Этот метод значительно увеличил объем производства пигмента, обеспечив уровень, который превосходит предыдущие технологии примерно в 1000 раз. Такое достижение открывает новые возможности для экологически чистых решений в различных сферах. Пигмент может быть использован в фотоэлектронных устройствах, термостойких покрытиях, натуральных красителях и солнцезащитных кремах.
Кроме головоногих моллюсков, ксантомматин присутствует у некоторых видов насекомых из типа членистоногих. Например, благодаря этому пигменту крылья бабочки-монарха получают яркий оранжевый цвет, а тела и глаза стрекоз отличаются выразительными красными оттенками. Несмотря на замечательные декоративные свойства ксантомматина, его изучение затруднено из-за ограниченных методов его получения. Традиционные способы извлечения пигмента из животных организмов имеют низкую производительность и неэффективны, а существующие лабораторные методы химического синтеза характеризуются высокими затратами труда и крайне низкой эффективностью.
«Нам нужен был совершенно новый метод для решения данной задачи. В сущности, мы разработали способ, позволяющий бактериям производить больше нужного нам вещества», — комментирует ведущий автор исследования Лия Бушин. По словам эксперта, была создана специальная дефектная клеточная линия, которая могла существовать только при условии одновременного синтеза пигмента и дополнительной химической субстанции — муравьиной кислоты. Каждая молекула создаваемого пигмента сопровождалась выделением одной молекулы муравьиной кислоты, необходимой для питания и поддержания жизнедеятельности клетки. Таким образом, был образован замкнутый цикл, обеспечивающий стабильное образование ксантомматина.
«Наш эксперимент был основан на принципе, согласно которому продукция необходимого вещества становилась условием для выживания организма. Без синтеза ксантомматина клетка просто останавливалась в росте», — поясняет Бушин.
Для повышения эффективности производства ученые использовали автоматизированные технологии. С помощью роботизированных установок микроорганизмы последовательно проходили через два этапа высокоэффективной эволюционной адаптации в лабораторных условиях. Специально разработанное биоинформатическое ПО помогло выявить конкретные мутации, увеличивающие эффективность синтеза пигмента. По словам разработчиков технологии, традиционные методы позволяют получить около пяти миллиграммов пигмента на литр, «если повезет», тогда как новый подход обеспечивает от одного до трех граммов на литр.
Фото: hi-tech.mail.ru