Вот то, что реально используют из «особенностей метаболизма» живых организмов — по сферам, с конкретикой.

Медицина

• Антибиотики и противогрибковые: продуцируются микробами как метаболиты вторичного обмена (стрептомицин — Streptomyces griseus, пенициллин — Penicillium, ванкомицин — Amycolatopsis). Мы масштабируем их естественный метаболизм в ферментёрах.

• Статины: ловастатин/симвастатин из грибов (Aspergillus terreus) — метаболиты, ингибирующие ГМГ-КоА-редуктазу, снижают синтез холестерина у человека.

• Противоопухолевые, бьющие по обмену: L-аспарагиназа (фермент бактерий) «обезвоживает» опухоль по аспарагину при ОЛЛ; метотрексат и 5-ФУ вмешиваются в метаболизм фолатов/нуклеотидов; ингибиторы IDH1/2 и ферментов метаболизма онкоклеток.

• Ферментная терапия и диагностика: стрептокиназа/урокиназа для растворения тромбов; глюкозооксидаза в глюкометрах; каталазо-пероксидазные системы — в тестах.

• Микробиом-терапия: пробиотики (Lactobacillus, Bifidobacterium) конкурируют метаболизмом с патогенами, производят короткоцепочечные жирные кислоты; фекальная трансплантация при Clostridioides difficile — восстановление «правильной» метаболики сообщества.

• Биосинтез белков и гормонов: рекомбинантный инсулин, Г-КСФ, интерфероны — экспрессия в E. coli, дрожжах или клетках млекопитающих; мы «встраиваем» человеческие пути в чужой метаболизм для производства.

• Про-лекарства и биотрансформация: кодеин→морфин, клопидогрел→активный метаболит — опора на ферменты печени (CYP). В фармтехнологии используют микробную биотрансформацию для получения стереоспецифических метаболитов.

• Медицинская визуализация «по обмену»: ПЭТ с 18F-ФДГ — трекаем повышенный гликолиз опухолей (эффект Варбурга).

• Диетология как «регуляция обмена»: кетогенная диета уменьшает судорожную готовность (смена энергетического субстрата мозга); низкофенилаланиновая при фенилкетонурии — управление дефектным метаболизмом.

Сельское хозяйство

• Азотфиксаторы: Rhizobium, Bradyrhizobium, цианобактерии связывают N₂ → NH₃; инокулянты бобовых сокращают потребность в минеральном азоте.

• Фитостимуляторы-бактерии: Azospirillum, Pseudomonas синтезируют ауксины, цитокинины, сидерофоры — стимулируют корнеобразование и усвоение железа.

• Силосование и закваски: молочнокислые бактерии ферментируют сахара до молочной кислоты → консервирование кормов, выше переваримость.

• Биопестициды: Bacillus thuringiensis производит белки (Cry), токсичные для насекомых-вредителей; Beauveria bassiana использует метаболиты для заражения насекомых.

• Биофунгициды и антагонисты: Trichoderma выделяет гидролазы и вторичные метаболиты, подавляющие фитопатогены в ризосфере.

• Руминальные микробы: метаболизм целлюлозы симбиотами преджелудков у КРС повышает выход энергии из грубых кормов; дрожжевые добавки стабилизируют брожение.

• Биоуглеводороды/биогаз на фермах: анаэробное сбраживание навоза метаногенными археями → CH₄ для энергии и дегумусированный дигестат как удобрение.

Пищевая промышленность

• Брожения: дрожжи (Saccharomyces) — выпечка, пиво, вино (этанольное брожение); молочнокислые — йогурт, кефир, сыр (образование кислот и ароматов); уксуснокислые — уксус (этанол → уксусная кислота).

• Созревание и ароматика: Penicillium roqueforti, P. camemberti — липолиз/протеолиз формируют вкус сыров; мальолактическая ферментация (Oenococcus oeni) смягчает вина.

• Ферменты-технологи: амилазы, протеазы, липазы микробного происхождения — осахаривание, размягчение теста, «холодное» созревание мяса.

Экология и промышленность

• Очистка сточных вод: активный ил — сообщества аэробных/анаэробных микроорганизмов окисляют органику, нитрифицируют/денитрифицируют азот, аккумулируют фосфор (PAO-метаболизм).

• Биоремедиация: Alcanivorax, Pseudomonas окисляют углеводороды нефти; Sphingomonas и белые гнили (Phanerochaete) разлагают ПАУ/лигнин и красители; восстановительные бактерии осаждают металлы/обезвреживают нитраты.

• Биовыщелачивание металлов: Acidithiobacillus ferrooxidans окисляет Fe²⁺/S⁰, высвобождая Cu, Au из бедных руд.

• Биотопливо: этанол из крахмалов и целлюлозы (дрожжи, целлюлолитические консорциумы), биобутанол (Clostridium), биодизель из триглицеридов микро- и макро-водорослей (липидный метаболизм).

• Биополимеры: бактерии накапливают PHB/PHAs как запас углерода — сырьё для биоразлагаемых пластмасс.

• Биосенсоры: ферменты (глюкозооксидаза, лактатоксидаза) и целые клетки превращают метаболиты в измеримый сигнал.

• Зелёная химия/биотрансформации: микробные оксидоредуктазы и монооксигеназы проводят селективные реакции (например, стереоспецифическая гидроксилирование стероидов) мягче и «чище», чем классический синтез.

Биотехнология и молекулярные инструменты

• Метаболическая инженерия: перенастройка путей у E. coli, дрожжей и актиномицетов для синтеза витаминов (В₂, В₁₂), аминокислот (лизин, треонин), органических кислот (лимонная у Aspergillus niger, янтарная у бактерий).

• Оптическая индикация обмена: флуоресцентные сенсоры АТФ/НАД(Ф)Н мониторят метаболическое состояние клеток в реальном времени при скрининге лекарств.

Если коротко, мы либо «снимаем сливки» с уже готовых метаболитов (антибиотики, статины), либо используем сами пути как инструмент (брожение, биоремедиация), либо целенаправленно перенастраиваем обмен веществ организмов под наши задачи (инсулин, аминокислоты, биополимеры).