Бактерии синтезируют пигмент осьминога ксантоматин в промышленных масштабах

Способность осьминогов изменять окраску на протяжении десятилетий интриговала научное сообщество, и в основе этого явления лежит природный пигмент ксантоматин. Исторически воспроизведение этого механизма камуфляжа вне живого организма представляло собой практически непреодолимую задачу для химиков. Попытки синтезировать ксантоматин в лабораторных условиях были медленными, чрезвычайно дорогими и давали минимальные результаты из-за сложной химической структуры этого соединения.

Однако в ноябре 2025 года исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего совершили прорыв, разработав биологическую методику, которая кардинально меняет подход к производству подобных природных соединений. Команда ученых впервые добилась того, что модифицированный штамм бактерий смог произвести ксантоматин в больших объемах. В основе инновации лежит использование генетически модифицированного штамма бактерии Pseudomonas putida, которая широко применяется в биотехнологических разработках.

Вместо того чтобы принуждать микроорганизм к производству, что часто замедляет его рост, ученые внедрили интеллектуальную систему, получившую название «биосинтез, сопряженный с ростом». Эта система гарантировала, что бактерия могла выжить только в том случае, если она активно вырабатывала ксантоматин, тем самым напрямую связывая клеточное деление с целевым производством. Ключевым элементом этой стратегии стало создание метаболической петли: при синтезе каждой молекулы ксантоматина бактерия одновременно выделяла формиат — вещество, способствующее ее росту. Этот подход обеспечил самооптимизирующийся путь для промышленного использования биологических систем.

Благодаря этой методике, уровни производства увеличились в тысячу раз по сравнению с предыдущими попытками, что превратило бактерии в фабрики по производству натуральных пигментов. Исследователи применили методы направленной эволюции с использованием роботизированных систем и биоинформатики, что позволило микроорганизмам автономно повышать свою эффективность. В результате удалось достичь граммовых объемов производства, используя в качестве исходного сырья простые сахара, такие как глюкоза.

Этот прорыв открывает возможность для крупномасштабного производства натуральных пигментов, исключая необходимость в загрязняющих химических процессах, характерных для традиционных методов. Потенциал биотехнологии выходит далеко за рамки простого окрашивания; она может быть адаптирована для создания материалов, реагирующих на свет или тепло, «умных» покрытий или экологически чистых красителей. Достижение подтверждает, что биология может предложить устойчивые решения для сложных промышленных задач.