Zespół z UC San Diego pokazał, jak zmusić bakterie do wytwarzania ksantommatyny – kluczowego pigmentu odpowiedzialnego za błyskawiczne zmiany barw u ośmiornic, kałamarnic i mątw. To pierwszy raz, gdy ten złożony związek udało się produkować w tak dużych ilościach, nawet 1000× wydajniej niż dotychczas. Przełom opisano w Nature Biotechnology.
Jak to zrobili? Sprzęgnięcie wzrostu z produkcją pigmentu
Zamiast „prosić” mikroby o dodatkową robotę, naukowcy powiązali ich przetrwanie z wytwarzaniem pigmentu. Zaprojektowali „osłabioną” komórkę, która może rosnąć tylko wtedy, gdy jednocześnie produkuje ksantommatynę i kwas mrówkowy. Ten drugi staje się paliwem dla komórki, więc im więcej pigmentu, tym więcej energii do podziałów – samonapędzająca się pętla. Efekt: produkcja ksantommatyny przestaje być kaprysem bakterii, a staje się warunkiem życia.
Po co nam ten barwnik?
Ksantommatyna to ommochrom – naturalny barwnik odpowiadający za „psychedeliczne” przejścia kolorów u głowonogów. Od lat kusi badaczy i przemysł, ale była trudna do pozyskania i nietrwała w klasycznej syntezie. Dzięki nowej metodzie pojawiają się realne perspektywy dla optyki i elektroniki (powłoki termo- i fotoaktywne), filtrów UV, barwników, a nawet inspiracji dla inteligentnych materiałów mimetycznych.
Automatyzacja i ewolucja w laboratorium
Aby wycisnąć z bakterii maksimum, zespół zastosował wysokoprzepustową adaptacyjną ewolucję laboratoryjną i narzędzia bioinformatyczne, które wskazały korzystne mutacje oraz pozwoliły karmić mikroby samą glukozą jako źródłem węgla. To pokaz procesu bioprodukcji jutra: integracja robotyki, danych i projektowania obliczeniowego.
Co dalej? Z ośmiornicy do przemysłu
Najważniejszy skutek nie kończy się na jednym pigmencie. Ta sama, „sprzężona ze wzrostem” strategia (ang. growth-coupled biosynthesis) może przenieść się na inne związki – od barwników po molekuły o znaczeniu technologicznym. Mówiąc wprost: jeśli da się wpiąć produkcję w metabolizm tak, by była konieczna do życia komórki, bioprodukcja wielu trudnych substancji stanie się opłacalna i skalowalna.
Krótko i konkretnie: dlaczego to przełom
- Skalowalność: po raz pierwszy gramowe ilości trudnego pigmentu w systemie bakteryjnym.
- Wydajność: do 1000× więcej materiału niż tradycyjne podejścia.
- Platformowość: metoda do przeniesienia na inne, „kłopotliwe” cząsteczki.
- Zastosowania: inteligentne powłoki, fotoelektronika, kosmetyka, filtry UV, inspiracje dla kamuflażu adaptacyjnego.
Podsumowanie
Zamiast kopiować naturę na skróty, badacze podpięli się pod jej „gniazdko zasilania”. Sprzęgając wzrost bakterii z produkcją ksantommatyny, odblokowali materiał, który dotąd był naukową ciekawostką. Teraz może stać się narzędziem – i to nie tylko w badaniu kamuflażu, ale przede wszystkim w szybszym projektowaniu bioprocesów dla nowych, funkcjonalnych materiałów.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Biotechnology .