Birmingham bilim adamları, Materials Horizons’da yayınlanan bir makalede biyokatalizde verimliliği artırmak için yeni bir yöntem ortaya çıkardılar .
Biyokataliz, kimyasal reaksiyonları katalize etmek için kullanılan enzimler, hücreler veya mikroplar olarak tanımlanabilir. Gıda ve kimya endüstrilerinde kimyasal sentezle erişilemeyen ürünleri yapmak için kullanılır. Endüstriyel ölçekte de farmasötikler, ince kimyasallar veya gıda bileşenleri üretebilir.
Biyokataliz için güçlü bir ortam…
Probiyotikler ve patojenik olmayan Escherichia coli suşları gibi en yaygın olarak kullanılan mikropların koruyucu bir mikro-ortam oluşturması gerekir. Büyümeyi teşvik eden bu mikro ortam bu mikroorganizma için bir ekosistemdir. Bu ekosisteme olan biyofilm denir ki; mikroorganizma için en uygun şartı da içerir.
Biyokatalizdeki en önemli sorun da biofilm dayanıklılığının arttırılmasıdır. Probiyotikler ve patojenik olmayan mikrop toplulukları etrafında dayanıklılıkların artırılması ise üretkenliği arttırır.
Bu problem normalde genetik mühendisliği tarafından çözülür, ancak her ikisi de Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon Enstitüsü üyesi olan Kimya Mühendisliği Okulu’ndan Dr Tim Overton ve Kimya Okulu’ndan Dr Francisco Fernández Trillo, Bu maliyetli ve zaman alıcı süreci atlamak için alternatif bir yöntem oluşturdu.
E.Coli‘nin Biofilm İndükleme Yeteneği Arttırılabilir mi?
Araştırmacılar, sentetik polimerler üzerine çalışma başlattılar. En çok çalışılan mikroorganizmalardan biri olan ve biyokatalizde yaygın olarak kullanılan bir bakteri olan E. coli’de biyofilm oluşumunu indükleme yetenekleri açısından taradılar .
Bu tarama , temel bilimde genleri ve proteinleri incelemek için yaygın olarak kullanılan ve biyofilm oluşturmada zayıf olduğu bilinen bir E. coli suşu (MC4100) kullanıldı. Bunu, iyi bir biofilm oluşturucu başka bir E. coli suşu PHL644 ile karşılaştırdı.
Bu taramada, biyofilm oluşumunu uyarmak için en uygun kimyaları ortaya çıkardı. Hidrofobik polimerler, eşdeğer alifatik polimerlerden çok daha iyi performans gösteren aromatik ve heteroaromatik türevlerle hafif katyonik polimerlerden daha iyi performans gösterdi.
Araştırmacılar daha sonra bu polimerlerin varlığını inkübe eden her iki suşun biyokütlesini ve biyokatalitik aktivitesini izledi ve MC4100’ün PHL644 ile eşleştiğini ve hatta ondan daha iyi performans gösterdiğini buldu.
Daha ileri çalışmalar, polimerlerin aktivitedeki bu derin artışları nasıl uyardığını inceledi. Burada araştırma, polimerlerin çözelti içinde çökeldiğini ve pıhtılaştırıcı olarak hareket ederek, bakterileri biyofilmler oluşturmak üzere tetikleyen topaklanma adı verilen doğal bir süreci uyardığını gösterdi.
Biyofilmi teşvik eden ilk yöntem: Mikroorganizma Melezleştirme!
Dr Fernandez-Trillo şunları söyledi: “Geniş bir kimyasal alanı araştırdık ve biyoteknolojide çalışan E. coli’nin biyokatalitik aktivitesini artıran en iyi performans gösteren kimyaları ve polimerleri belirledik . Bu, biyofilm oluşumunu artıran küçük bir sentetik polimer kütüphanesiyle sonuçlandı. Bildiğimiz kadarıyla, şu anda yararlı bakteriler için biyofilmleri teşvik ederken bu basitliği ve çok yönlülüğü sağlayan hiçbir yöntem yoktur.”
” Probiyotikler veya mayalar gibi diğer mikroorganizmalar için aday polimerleri belirlemek ve gıda bilimi, tarım, biyoremediasyon veya sağlıkta yeni uygulamalar geliştirmek için benzer bir strateji kullanılabilir.”
Birmingham Enterprise Üniversitesi, yöntem ve polimer katkı maddeleri için bir patent başvurusunda bulundu ve şimdi lisans için ticari ortaklar arıyor.
*Dr Fernandez-Trillo şu anda İspanya’daki Coruna Üniversitesi’ne devam etmektedir.
Hikaye Kaynağı:
Dergi Referansı :
- Pavan Adoni, Andrey Romanyuk, Tim W. Overton, Paco Fernandez-Trillo. Gelişmiş biyokataliz için polimer kaynaklı biyofilmler . Malzeme Ufukları , 2022; DOI: 10.1039/D2MH00607C