Uus leid võib muuta mikroobid tööstusprotsessidele vastupidavamaks

Tartu Ülikooli teadlased avastasid mullabakteris mehhanismi, mis viitab mikroobide uuele kohanemisvõimele nende rakkudele mürgist fluoriidi sisaldavas keskkonnas. Leid on oluline teetähis naftakeemiatoodete vähendamiseks biotööstuses.

Mineraalina peamiselt vees, mullas ja taimedel leiduv fluoriid on oluline algmaterjal mitmes tööstuses. Fluoroühendeid on tarvis ligi veerandi maailma ravimite ning ka paljude hügieeni-, kosmeetika ja elektroonikatoodete valmistamiseks. Peamised viisid nende sünteesimiseks on tänapäeval aga kallid ja keskkonda saastavad.

Fluori isoleerimiseks tuleb esmalt saavutada kõrge temperatuur. See nõuab erilist taristut, palju energiat ja märkimisväärsel hulgal naftast saadud kemikaale. Kogu protsess paiskab loodusesse fluoritud kasvuhoonegaase, mille globaalse soojendamise potentsiaal ehk GWP on kuni 23 000 korda kõrgem kui CO2-l.

Looduslik alternatiiv

Pinnases elav bakter Pseudomonas putida on atraktiivne alternatiiv nii keskkonnasaasteainete biolagundamiseks kui ka lisandväärtusega kemikaalide, sealhulgas fluoroühendite sünteesiks. Selle aluseks on P. putida võime taluda erinevaid füüsikalis-keemilisi stressitingimusi, tema kiire kasv, mitmekesine ainevahetus ning efektiisete molekulaarsete tööriistade olemasolu geneetilisteks manipulatsioonideks.

Mürgises koguses fluoriidi eest kaitsevad mikroobe spetsiaalsed valgud. Bakteris P.putida on selleks membraanivalk CrcB, mille ülesanne on eksportida kahjulikke fluoriidioone bakteri rakkudest välja. Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi mikroobigeneetika töörühma teadlased uurisid bakteri kohastumust olukordades, kus CrcB valgu töö oli fluoriidi sisaldavas keskkonnas peatatud.

Uue ülesandega geenid

Analüüs näitas, et mõned bakterirakud olid esmase kaitsesüsteemi puudumisel spontaanselt muteerunud fluoriidi mõju vastu resistentseks. Fluoriidi sisaldavas keskkonnas ellu jäänud baktereid ühendas regulaatorgeeni PP_3125 inaktivatsioon.

Selgus, et üks geenidest, mille aktiivsust PP_3125 negatiivselt reguleerib, on BenE-I, mille seni teadaolev funktsioon on viia rakkudest välja bensoaati, mis on kõrgemas kontsentratsioonis rakkudele samuti toksiline.

Selleks, et fluoroühendite biosüntees toimuks biotööstuseks konstrueeritud bakteritüvedes efektiivsemalt, peavad bakterid suutma taluda kõrgemat rakusisest fluoriidi kontsentratsiooni. Katsete tulemusena leidsid uurijad selleks võimaliku uue mehhanismi – BenE-I aitas bakteril paremini fluoriidi taluda, kuid ei vähendanud mürgise aine kogust tema rakkudes.

Mõistes, millised täpsed molekulaarsed protsessid BenE-I toimivuse taga peituvad, on uutes arendatavates produtsenttüvedes edasi võimalik suurendada sünteesitavate fluoroühendite saagikust ja muuta bakterite rakendamist biotööstuses tõhusamaks.

Uuringu tulemused avaldati väljaandes Journal of Bacteriology.