Lidem odnepaměti pomáhají některé mikroorganismy, například bakterie mléčného kvašení či kvasinky. Od 20. století se podílejí jako jakési buněčné továrny na výrobě důležitých léčiv, průmyslových chemikálií, biopaliv, složek potravin či nadějných nových materiálů. Pro tuto výrobu potřebují cukr, nejčastěji glukózu v rostlinách. Vědci z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně nyní prozkoumali způsob, jak se bakterie mohou „učit” zpracovávat i nové skupiny cukrů, třeba z odpadní biomasy. Potvrdil to vedoucí vědeckého týmu Pavel Dvořák. A právě výzkum brněnských vědců přibližuje dnešní Nedělní speciál.

Odhalili adaptaci bakterií na nové zdroje uhlíku a energie

Tým vědců z Ústavu experimentální biologie totiž odhalil, jak se bakterie adaptují na nové zdroje uhlíku a energie. A vyvinul účinný postup, který umožňuje tento proces urychlit a využít v moderních biotechnologiích. Výzkum, na kterém tým spolupracoval se zahraničními vědci a vědkyněmi z Austrálie, Německa a Španělska, publikoval prestižní časopis Nature Communications. „Publikovaný výzkum umožňuje lépe pochopit, jak se bakterie ‚učí‘ zpracovávat nové skupiny cukrů, jejichž přeměna může biotechnologickou produkci užitečných látek zlevnit a dále rozšířit,“ uvedl Pavel Dvořák.

Některé mikroorganismy fungují jako mikroskopičtí pomocníci

Jde o jakési buněčné továrny, které díky své jednoduché stavbě těla, rychlé reprodukci, snadné manipulovatelnosti a rozmanitému „potrubí“ buněčného metabolismu pomáhají lidem třeba při průmyslové výrobě důležitých léčiv, například inzulinu, výrobě průmyslových chemikálií, biopaliv, některých složek potravin či nadějných nových materiálů, jako jsou biologicky odbouratelné plasty.

Poohlížejí se po jiných cukrech, třeba xylóze

Bakterie vyrábějí důležité látky nejčastěji z cukrů ve škrobu z glukózy z kukuřice či pšenice, nebo z brambor. Jejich využívání lze ale leckdy vnímat jako plýtvání, protože tyto plodiny slouží i pro výživu lidské populace. „Proto je lépe se poohlédnout po jiných cukrech, například xylóze, která je po glukóze druhým nejhojněji se vyskytujícím se cukrem na planetě Zemi a která je uložena v pro lidi nestravitelné složce zbytkové rostlinné biomasy – což je zjednodušeně řečeno skoro všechno, co z rostliny na poli zůstane, když sklidíte třeba klasy kukuřice nebo pšenice,“ vysvětlil Dvořák. To ale není snadné, protože průmyslově využívané bakterie často cukry nezpracují. „Je to, jako by se měl začít vegetarián učit jíst maso, na které ale nebyl dosud zvyklý,“ usmál se v nadsázce vědec.

Bakterii připravili nové podmínky

„Na příkladu biotechnologicky využívané bakterie jsme ukázali, jak je možné tyto mikroskopické pomocníky efektivně naučit zpracovat cukry z odpadní biomasy,“ uvedla spoluautorka studie Barbora Popelářová. Vědci podle ní detailně prozkoumali metabolismus studované bakterie, vložili do něj na úrovni DNA metodami metabolického inženýrství nové „součástky“ a zároveň působením laboratorní evoluce ve zkumavce bakterii nechali, aby si na nové podmínky zvykla.

Nahlédli pod pokličku evoluce

To se podle vědkyně povedlo a tým rozluštil, jak proces přizpůsobování bakterie na nový cukr probíhal. Dalo by se říct, že vědci tak trochu nahlédli pod pokličku evoluce, jejíž směřování ale do značné míry určily jejich cílené zásahy do metabolismu bakterie. Vědci proto věří, že jejich výzkum přispěje k poodhalení způsobů, kterými se bakterie mohou naučit zpracovávat zdroje uhlíku a energie, které jim dříve „nechutnaly“.

Místo výroby textilií z ropy se prosadí zužitkování bioodpadů

Poznatky odborníků z Masarykovy univerzity již dříve zahraniční výzkumné skupiny uplatnily při náročném vývoji nového bakteriálního producenta chemikálií, které se uplatňují při výrobě syntetických textilií. Tento výzkum by mohl umožnit, že již v nedaleké budoucnosti nahradí aspoň část výroby textilií syntetizovaných ze složek ropy (například nylon) biotechnologická výroba, založená na zužitkování bioodpadů. Poznatky z nové studie tuto vizi opět o trochu přiblíží realitě.