BIOTRIN je nezisková organizace vytvořená vědeckými
pracovníky pro šíření informací o moderních biotechnologiích.
Je tu pro vaši informaci a jako fórum vašich názorů.

GM tabák jako producent amyláz odolávajících vysokým teplotám

Kanadský vědecký tým objevil s pomocí genových technologií nové možnosti využití tabáku. Transgenní tabák se v tamních pokusech ukázal jako vhodný „bioreaktor“ pro výrobu kvalitní alfa-amylázy, která odolává velmi vysokým teplotám.

Amylázy jsou enzymy hydrolyzující škrob na jednodušší sacharidy. Jsou tak nezbytnými složkami metabolizmu živočišných i rostlinných organizmů – a mimo ně významnými nástroji všemožných technologií. Potřebuje je průmysl potravinářský, textilní, uplatňují se při výrobě lihu a samozřejmě celé plejády alkoholických nápojů. Základní typy – alfa, beta, gama amyláza se mj. odlišují svými funkčními teplotními optimy. Tak třeba při sladování kolísají mezi 60 – 70 C°; při 75 – 80 C° se již standardní amylázy inaktivují.

Komerční „nepivovarnické“ alfa-amylázy jsou většinou získávány klasickou bioreaktorovou technologií z kultur Bacillus či plísní rodu Aspergillus. V některých průmyslových procesech je však třeba enzymů daleko termostabilnějších, fungujících až do 100 C°.

Takovým „hitem“ se v devadesátých letech staly alfa-amylázy původem z archebakterií Pyrococcus furiosus – PFA. Na jejich základě byly vytvořeny i různé typy rekombinantních enzymů, posléze na veliko vyráběných v kulturách Escherichia coli.

Problémem takové výroby se však ukázala být její komplikovanost a tím také cenová nákladnost. Základní protein PFA se v systémech E.coli výborně exprimuje, problém však nastává v další fázi jeho „dozrávání“, tedy při tzv. foldingu (skládání, sbalování) do konečné, funkční, prostorové struktury. Enzym se akumuluje v podobě špatně rozpustných či dokonce zcela nerozpustných inkluzí, před dalším použitím musí být různými způsoby opracováván.

V červnovém čísle časopisu BMC Biotechnology publikuje kanadský autorský tým Zhu et al. pod názvem „A hyper-thermostable alfa-amylase from Pyrococcus furiosus accumulates in Nicotiana tabacum as functional aggregates“ svoje výsledky dokumentující, že prostřednictvím systému  Agrobacterium tumefaciens, lze, v prvé řadě, navodit transientní expresi PFA také v listech tabáku. Amyláza se akumulovala v nerozpustných agregátech, které se však snadno daly rozpustit pomocí vhodného pufru. Poté, bez nutnosti jakéhokoliv „refoldingu“, vykazoval produkt vysokou enzymatickou aktivitu i za extremních tepelných podmínek.

Na základě těchto zjištění bylo připraveno několik desítek „stabilně“ transgenních PFA linií od šestnácti různých kultivarů tabáku a založeny dlouhodobé polní pokusy, v dvouletém opakování.

Výsledky analýz autoři shrnuli do konstatování, že tento tabákový GM systém představuje vhodný „bioreaktor“ pro výrobu kvalitní, hypertermostabilní PFA, s produkcí cca 42 kg na hektar. Produkt je dokonce aktivní i v podobě nepřečišťované biomasy, aktivitu si dlouhodobě zachovává v lyofilizovaném stavu. Komerční využití se ověřuje.

 

Zdroj:

A hyper-thermostable α-amylase from Pyrococcus furiosus accumulates in Nicotiana tabacum as functional aggregates - Hong Zhu, L. Bruce Reynolds a Rima Menassa, BMC Biotechnology 2017, 19 June 2017:

https://bmcbiotechnol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12896-017-0372-3

Obrázek: https://web.mst.edu/~microbio/BIO221_2010/P_furiosus.html