Zostera marina. Photographer: Christian Bille Jendresen

Ålegræssyre produceret af cellefabrikker for første gang

mandag 04 nov 19

Kontakt

Christian Bille Jendresen
Researcher
DTU Biosustain
24 92 18 09

Kontakt

Alex Toftgaard Nielsen
Professor
DTU Biosustain
21 79 89 06
Forskere er nu i stand til at fremstille sulfaterede aromatiske molekyler, der kan indgå i skibsmaling, medicin og fødevarer, via cellefabrikker.

Ved at lukrere på naturens måde at tilføje sulfatgrupper til molekyler har forskere ved The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU (DTU Biosustain) for første gang demonstreret, hvordan man kan fremstille en lang række sulfaterede fenolforbindelser i mikrobielle værter - cellefabrikker. Denne banebrydende forskning, der er offentliggjort i Nature Communications, gør det muligt at producere eftertragtede sulfaterede molekyler i stor skala ved gæring.

”Perspektiverne er vidtrækkende, da sulfatering kan bruges til en bred vifte af produkter, såsom antialgemidler, antibelægningsmidler og lægemidler. Dette arbejde kan betyde billigere og bedre lægemidler i fremtiden såvel som biokemikalier og polymerer med nye egenskaber,” siger en af forfatterne til studiet professor Alex Toftgaard Nielsen fra The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved DTU. Han er også videnskabelig direktør hos Cysbio - et firma, der arbejder for at kommercialisere produkter fra blandt andet sulfaterede molekyler.

Detektivarbejde i alt fra ålegræs til rotter

Ved at tilføje sulfatgrupper vil man i mange tilfælde øge molekylets surhedsgrad og opløselighed samt reducerer giftigheden. Det gælder f.eks. for aromatiske molekyler, som ofte indgår i medicin, kosttilskud, kosmetik og polymerer.

"Dette arbejde kan betyde billigere og bedre lægemidler i fremtiden såvel som biokemikalier og polymerer med nye egenskaber"
professor Alex Toftgaard Nielsen, DTU Biosustain

For at vise at deres sulfateringsproces virkede, fremstillede forskerne det sulfaterede molekyle zostersyre (p-(sulfoxy)-kanelsyre), der ellers kun findes i meget små mængder i vandplanten ålegræs. Derfor går syren også under navnet ålegræssyre. Brugt i skibsmaling kan syren potentielt hæmme væksten af alger på skroget. Desuden kan det indgå som aktivt stof i desinfektionsmidler, hvor det kan forhindre fastgørelse af bakterier på overflader (biofilm) f.eks. på hospitaler.

Forskerne designede og omprogrammerede cellefabrikkerne genetisk for at optimere sulfateringsprocessen. Dette blev gjort både ved at forbedre sulfatoptagelsen og ved at optimere tilgængeligheden af sulfatdonorenzymet i cellen. Resultatet var produktion af knap fem gram pr. liter ålegræssyre i en såkaldt fed-batch fermentering. Udbyttet er imponerende, da naturen normalt kun producerer ålegræssyre i meget små mængder.

I dag kan ålegræssyre kun udvindes i meget begrænset omfang fra vandplanten, fordi processen er for dyr og ineffektiv. Ålegræssyre kan også syntetiseres kemisk, men dette kræver barske kemiske forhold og fører til meget kemisk affald. Derfor vil det være ideelt at kunne brygge syren ved hjælp af mikroorganismer i store tanke for at reducere affaldsmængden og gøre det muligt at producere større mængder end i dag samt helt nye molekyler.

Zostera marina. Photographer: Christian Bille Jendresen
Zostersyre (p-(sulfoxy)-kanelsyre) findes i meget små mængder i vandplanten ålegræs (Zostera marina). Foto: Christian Bille Jendresen.

Aktiv resveratrol og vanillinsyre

Ved hjælp af denne metode fandt forskerne også sulfotransferaser, der kunne sulfatere den kraftige antioxidant resveratrol, der findes i rødvin. I vindruer findes resveratrol dog kun i meget lave koncentrationer, og oprensning fra druer kræver brug af barske kemikalier, hvilket gør produktionen vanskelig, tidskrævende og dyr.

I druer findes resveratrol dog kun i en inaktiv, ikke-sulfateret form. Men i den menneskelige krop sulfateres resveratrol af leveren for at blive aktiv, hvilket giver molekylet dets antioxidant-egenskaber. At kunne producere store mængder sulfateret resveratrol i cellefabrikker åbner således for storproduktion af en mere aktiv udgave af den efterspurgte antioxidant.

Desuden viste forskerne, at nogle af sulfotransferaserne også var i stand til at sulfatere vanillinsyre – en syre med den karakteristiske vaniljeduft, som bruges i madlavning.

”Fra et videnskabeligt perspektiv er det fantastisk at være i stand til at producere sulfaterede fenolforbindelser i mikrobielle cellefabrikker, men det kan også have samfundsmæssige effekter, da disse molekyler har anvendelser både som biokemikalier, som fødevare-ingredienser og endda som medikamenter,” siger førsteforfatter til artiklen, Christian Bille Jendresen, Direktør for Sulfateringsteknologier hos opstartsfirmaet Cysbio, der har spundet ud af Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU.

”Vi kan skabe en lang række interessante kemikalier, der finder forskellige måder at komme ind på markedet,” siger han.

Hvordan gjorde forskerne?

  • I ålegræs dannes ålegræssyre af et enzym (sulfotransferase), der overfører en sulfat-sidegruppe til et specifikt byggestensmolekyle.
  • Forskerne isolerede flere forskellige sulfotransferaser for at finde én, der virkede godt i mikrobielle produktionsværter. De forsøgte sig med sulfotransferaser fra mennesker, frugtfluer, ålegræs, rotter, kyllinger, kaniner, hunde, orme, zebrafisk og svin.
  • Vinderenzymet fandt de i rotter, som producerer det i leveren, hvor det nedbryder giftstoffer i føden.
  • Vinder-enzymet blev derefter indsat i en cellefabrik.
  • Dette banebrydende arbejde har gjort det muligt at producere en helt ny type sulfaterede biokemikalier, der formentligt vil have mange anvendelsesmuligheder.
https://www.food.dtu.dk/nyheder/nyhed?id=DCE2B765-8CF9-4155-9A2B-B0E8E0E28BF4&utm_device=web&utm_source=RelatedNews&utm_campaign=Opfyldelse-af-verdensmaal-kraever-forskning-og-innovation
10 DECEMBER 2019