Інженерія бактерій забезпечує масштабне виробництво пігменту восьминога ксантоматину

Здатність восьминогів змінювати колір століттями захоплювала науковців, і цей феномен безпосередньо пов'язаний із природним пігментом ксантоматином. Історично відтворити цей ефект маскування поза межами тваринного організму було майже нездійсненним завданням для хіміків. Спроби синтезувати ксантоматин у лабораторних умовах раніше були повільними, надзвичайно дорогими та давали мінімальні результати через складну хімічну структуру цього біопігменту. Крім того, вилучення пігменту безпосередньо з тварин, таких як восьминоги чи метелики Монарх, ніколи не було життєздатним через технічні труднощі та етичні міркування.

Проте у листопаді 2025 року науковці з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго представили біологічну методологію, яка кардинально змінює підхід до виробництва таких природних сполук. Команда розробила біотехнічний процес, що використовує модифіковані бактерії для ефективного отримання ксантоматину у великих обсягах, долаючи попередні бар'єри повільного та нерентабельного синтезу. Для реалізації цієї мети дослідники застосували модифікований штам ґрунтового бактерії Pseudomonas putida, відомого своєю метаболічною гнучкістю та широким використанням у промисловій біотехнології.

Вчені запровадили інтелектуальну систему, відому як «біосинтез, зчеплений зі зростанням» (GrowBio). Ця інновація полягала у створенні метаболічної залежності: бактерія могла виживати лише за умови безперервного генерування ксантоматину. Ключовим елементом стало формування метаболічного циклу, де виробництво ксантоматину одночасно вивільняло форміат — речовину, критично важливу для росту модифікованого штаму P. putida, що є ауксотрофом за 5,10-метилентетрагідрофолатом. Таким чином, вивільнений форміат усував дефіцит одновуглецевих (С1) сполук, необхідних для клітинного поділу, стимулюючи виробництво цільового пігменту.

Завдяки цій стратегії зворотного зв'язку, рівні виробництва зросли до тисячі разів порівняно з попередніми методиками, що дозволило досягти грам-масштабного виробництва, використовуючи прості цукри, як-от глюкоза, як сировину. Цей підхід, що використовує адаптивну лабораторну еволюцію для оптимізації, дозволяє прискорити інженерію біосинтезу природних продуктів у бактеріях. Дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, зокрема підрозділи Інституту океанографії Скріппса, стверджують, що ця модель може бути застосована до широкого спектру цінних сполук, включаючи фармацевтичні препарати та функціональні матеріали.

Цей прорив відкриває перспективу для великомасштабного виробництва натуральних пігментів, усуваючи необхідність у забруднюючих хімічних процесах. Модульна «plug-and-play» архітектура цього біосинтетичного дизайну надає синтетичним біологам гнучкий набір інструментів для швидкого розгортання складних метаболічних шляхів. Розробка, що відбулася у листопаді 2025 року, підтверджує, що інженерія живих систем може стати основою для сталого промислового виробництва, замінюючи традиційні методи, які часто мають негативний екологічний слід.