Forskere fra Novo Nordisk Fonden Center for Biosustainability har opdaget, at forskellige E. Coli-stammer, der anses for at være meget ens, faktisk har vidt forskellige evner, når det gælder kemikalieproduktion. Resultaterne afslører, hvilken bakteriel “arbejdeshest”, der er bedst til at producere 40 forskellige kommercielt interessante molekyler.
E. coli BL21 eller E. coli K-12? Det er lidt hip som hap, vil mange forskere på biologiske raffinaderier måske sige. Men nye resultater viser, at E.coli ikke bare er E.coli, både når det kommer til udtryk af proteiner og produktion af værdifulde kemikalier.
I dag bruges bakterielle cellefabrikker – ofte E.coli – til at producere eftertragtede kemikalier til plastprodukter, kosmetik, fødevareingredienser og medicin. Men ofte vælger bio-raffinaderierne deres bakteriestamme tilfældigt. Valget er altså ikke bevidst, simpelthen fordi der har været meget lidt viden om, hvor god hver E.coli-stamme er til at producere et givent kemikalie sammenlignet med andre udbredte stammer. Før nu.
Et kort over produktionen af 40 kemikalier
For at kunne sammenligne syv udbredte stammer af E. coli (kaldet BL21, C, Crooks, DH5a, MG1655, W3110, og W.) kortlagde forskerne først stammernes DNA. Desuden kiggede de på cellernes ydeevne (fænotype), og hvilke gener der blev udtrykt ved at se efter "mellemmanden" i trinnet fra DNA til protein, nemlig RNA.
Ved hjælp af disse data skabte forskerne et varmekort, som kunne vise potentialet for 40 kemikalier, når bakterierne voksende med eller uden ilt. Hvert punkt i varmekortet blev således skabt ved at sammenligne gen-udtrykket i hvert skridt mod det ønskede produkt.
Sammenligner man med en fabrik, vurderer forskerne altså både, hvilke arbejdsstationer der er til rådighed på fabrikken, og hvor effektiv arbejderen ved hver arbejdsstation er
Store forskelle mellem stammerne
"Varmekortet viser helt tydeligt, at nogle stammer er bemærkelsesværdigt bedre til at producere visse kemikalier end andre"
Projektleder Adam Feist, DTU Biosustain og University of California San Diego
Resultaterne viste, at cellernes stofskiftefysiologi og gen-udtryk varierede betydeligt, hvilket påvirkede produktiviteten, produktudbytte og koncentrationen for forskellige molekyler og kemikalier.
"Varmekortet viser helt tydeligt, at nogle stammer er bemærkelsesværdigt bedre til at producere visse kemikalier end andre," siger forfatter og projektleder Adam Feist fra Novo Nordisk Fonden Center for Biosustainabilitys internationale sektion "Network Reconstruction and in Silico Biology" på University of California San Diego.
For eksempel var kortet meget rødt og altså ”varmt” for E. coli W3110, når man så på denne stammes produktionspotentiale for aminosyren histidin, når der var ilt til rådighed. Histidin er en såkaldt essentiel aminosyre, som mennesker ikke kan producere selv og derfor må indtage via kosten.
Et lignende eksempel kunne ses på et andet kort, som viser produktionskapaciteten for 2-phenylethanol, som er et stof med en liflig rosenduft, der bruges som smagsstof i fødevarer og i parfume.
Her viste DH5a-stammen sig at være et glimrende valg, når der skal produceres 2-phenylethanol.
"Varmekortene kan være et vigtigt redskab for bioraffinaderier, som har brug for så effektiv en produktion som muligt. Nu kan bioraffinaderier vælge de bedste værter afhængigt af produktet – noget, de ikke kunne før denne undersøgelse," siger Adam Feist.
Forskningen er publiceret i Cell Systems.