Улучшение вне-клеточного метаболизма посредством прямой интеграции искусственных дыхательных цепей

Механизмы сохранения энергии необходимы для поддержания клеточной жизни. Тем не менее в синтетической биологии остается проблемой восстановить такие процессы «снизу вверх» и интегрировать их с другими биологическими функциями для создания сложных систем с подобными жизненным свойствам характеристиками. Последние попытки построить более высокоуровневые внеклеточные метаболические сети сталкивались с тем, что их центральные окислительные реакции не связаны с консервацией энергии, что вызывает кинетические и термодинамические ограничения. В настоящей работе мы разработали искусственную дыхательную цепь, адаптированную для поддержания быстрого переноса электронов в CO2-фиксирующем 16-ферментном каталитическом цикле (crotonyl-CoA/ethylmalonyl-CoA/hydroxybutyryl-CoA), одновременно используя параллельный поток электронов для синтеза аденозинтрифосфата. Мы демонстрируем, как такие искусственные дыхательные цепи можно далее диверсифицировать для приема нескольких точек входа электронов и связывать с другими биологическими функциями, такими как внеклеточные сети транскрипции и трансляции. В целом наша работа подчеркивает возможности и вызовы прямой интеграции механизмов сохранения энергии при создании самоподдерживающихся/самоэнергизирующихся искусственных систем, подобных живым.