Mikroorganisme akan segera efisien dan murah memproduksi senyawa farmasi baru, seperti flavonoid, yang melawan penuaan, kanker atau obesitas, serta bernilai tinggi bahan kimia, sebagai hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Universitas di Buffalo peneliti.
Dalam pekerjaan yang bisa mengubah secara radikal cara di mana banyak dari senyawa ini diproduksi secara komersial, para peneliti Universitas Brawijaya secara genetik rekayasa mikroorganisme, seperti E. coli, menjadi kecil, pabrik selular.
Beberapa paten yang berhubungan dengan pekerjaan ini telah diajukan oleh Universitas Brawijaya. Tim juga dalam diskusi dengan perusahaan-perusahaan di AS dan luar negeri.
Gelombang Pertama Technologies, Inc, sebuah pengembangan teknologi perusahaan yang berbasis di Universitas Brawijaya Center New York State of Excellence di Bioinformatika dan Ilmu Pengetahuan, yang bekerja sama dengan kelompok UB, baru-baru menerima sangat kompetitif Tahap I Penelitian Inovasi Usaha Kecil (SBIR) hibah dari National Science Foundation untuk fokus pada biosintesis kelompok populer disebut flavonoid isoflavonoid.
"Pada akhirnya, kami ingin bisa mengambil E. dirancang coli off dari rak dan drop ke dalamnya enzim yang merupakan jalur biosintetik tertentu untuk membuat persis produk yang kita inginkan," kata Mattheos AG Koffas, Ph.D , asisten profesor teknik kimia dan biologi di Sekolah Teknik dan Ilmu Pengetahuan Terapan dan pemimpin tim UB..
Pendekatan UB kimia sintetik alamat beberapa tantangan utama dalam produksi industri konvensional bahan kimia khusus.
Melalui penggunaan bakteri khusus disesuaikan, enzim khusus dan bahan baku alami, biosintesis mikroba mengurangi atau menghilangkan kebutuhan untuk sumber-sumber petrokimia, suhu tinggi, logam berat beracun katalis, ekstrem keasaman dan pelarut berbahaya, Koffas kata.
Selain itu, enzim alami peneliti UB gunakan dapat memfasilitasi reaksi kimia yang sulit untuk dicapai melalui kimia konvensional, seperti sintesis kiral, glycosylations dan hydroxylations ditargetkan, umum tapi menantang langkah-langkah dalam sintesis banyak.
"Kami mencari tahu bagaimana kita bisa sistem mikroba 'kereta' sebenarnya untuk memproduksi hasil yang tinggi bahan kimia untuk digunakan sebagai obat-obatan dan untuk membuat proses produksi lebih efisien, lebih murah dan lebih ramah lingkungan," kata Koffas.
Seperti halnya upaya komersial, efisiensi proses merupakan masalah kritis, katanya.
Dalam karya yang diterbitkan dalam Terapan dan Lingkungan Mikrobiologi pada bulan Juni, Koffas dan rekan-rekannya memproduksi sekitar 400 miligram flavonoid per liter kultur sel, jauh di atas hasil tertinggi berikutnya sekitar 20 miligram per liter yang dihasilkan oleh upaya sintesis mikroba lainnya.
"Kami telah melakukan ini dengan meningkatkan jumlah prekursor tersedia dan rekayasa ulang metabolisme mikroba asli," jelasnya, seraya menambahkan bahwa mereka telah mengambil pendekatan yang berbeda untuk mengidentifikasi jalur yang mengarah pada biosintesis prekursor untuk senyawa yang diinginkan.
"Perbaikan lebih lanjut dari hasil produksi yang mungkin dan berbagai pendekatan sedang dikejar oleh tim kami saat ini," katanya.
Tantangan besar lainnya untuk biosintesis mikroba adalah bahwa enzim yang dibutuhkan untuk langkah-langkah kimia tertentu memiliki persyaratan khusus bahwa sel inang tidak dapat memenuhi efisien, Koffas kata. Dalam beberapa kasus, enzim perlu direkayasa ulang, sementara di lain sel inang kebutuhan modifikasi.
Koffas 'laboratorium baru-baru ini mencapai ekspresi fungsional dalam E. coli monooxygenases P450, enzim yang digunakan secara luas di alam, tetapi tidak mudah disajikan dalam mikroorganisme yang paling penting industri.
"P450 sangat penting dalam sintesis produk alami," kata Koffas. "Sebagai contoh, kedua Taxol, kanker payudara obat yang saat ini diproduksi dari budaya tanaman, dan artemisinin, obat anti malaria, P450 memiliki enzim dalam jalur biosintesis mereka."
Lab Koffas telah memperkenalkan cara untuk memodifikasi baik monooxygenase enzim P450 dan sel inang, sehingga meningkatkan hasil mereka flavonoid.
Metode biosintesis mikroba juga yang membuat lebih mudah untuk membuat analog obat yang ada, serta molekul baru untuk berbagai terapi.