7.7 C
Brussel
Donderdag, Maart 28, 2024
NuusMikrobe genetiese "herbedrading" tegniek in biovervaardiging van brandstof, materiale en chemikalieë

Mikrobe genetiese "herbedrading" tegniek in biovervaardiging van brandstof, materiale en chemikalieë

VRYWARING: Inligting en menings wat in die artikels weergegee word, is dié van diegene wat dit vermeld en dit is hul eie verantwoordelikheid. Publikasie in The European Times beteken nie outomaties onderskrywing van die siening nie, maar die reg om dit uit te druk.

VRYWARINGVERTALINGS: Alle artikels op hierdie webwerf word in Engels gepubliseer. Die vertaalde weergawes word gedoen deur 'n outomatiese proses bekend as neurale vertalings. As jy twyfel, verwys altyd na die oorspronklike artikel. Dankie vir die begrip.

Studie skrywers (van links na regs) Andrew K. Lau, Thomas Eng, en Deepanwita Banerjee staan ​​voor 'n twee-liter bioreaktor wat P. putida selle bevat wat indigoïdien produseer, wat die sterk donkerblou kleur van die vloeistof veroorsaak. Hierdie foto is in Julie 2019 by JBEI geneem. Krediet: Berkeley Lab

Mikrobe-genetiese "herbedrading"-tegniek beloof 'n oplewing in biovervaardiging van brandstof, materiale en chemikalieë

'n Nuwe benadering tot die verandering van mikrobes se metaboliese prosesse sal die produksie van innoverende bio-gebaseerde brandstowwe, materiale en chemikalieë bespoedig.

Navorsers van Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium (Berkeley Lab) het ongekende sukses behaal in die verandering van 'n mikrobe om doeltreffend 'n verbinding van belang te produseer deur 'n berekeningsmodel en CRISPR-gebaseerde geenredigering te gebruik.

Hul benadering kan die navorsings- en ontwikkelingsfase vir nuwe biovervaardigingsprosesse dramaties versnel, en die nuutste bio-gebaseerde produkte soos volhoubare brandstof en plastiek-alternatiewe vinniger op die rakke kry.

Die proses gebruik rekenaaralgoritmes - gebaseer op werklike eksperimentele data - om te identifiseer watter gene in 'n "gasheer" mikrobe afgeskakel kan word om die organisme se energie te herlei na die vervaardiging van hoë hoeveelhede van 'n teikenverbinding, eerder as sy normale sop van metaboliese produkte .

Tans maak baie wetenskaplikes in hierdie veld steeds staat op ad hoc, proef-en-fout-eksperimente om te identifiseer watter geenmodifikasies tot verbeterings lei. Daarbenewens kan die meeste mikrobes wat in biovervaardigingsprosesse gebruik word wat 'n nie-inheemse verbinding produseer - wat beteken dat die gene om dit te maak in die gasheergenoom ingevoeg is - slegs groot hoeveelhede van die teikenverbinding kan genereer nadat die mikrobe 'n sekere groeifase bereik het, wat lei tot stadige prosesse wat energie mors terwyl die mikrobes geïnkubeer word.

Bioreaktor wat blou indigoïdien wys

’n Tweeliter-bioreaktor wat ’n P. putida-kultuur bevat wat metaboliese herbedrading ondergaan het om heeltyd indigoïdien te produseer. Krediet: Berkeley Lab

Die span se vaartbelynde metaboliese herbedradingsproses, geskep "produk/substraat-paring", maak dit so dat die mikrobe se hele metabolisme te alle tye gekoppel is aan die maak van die verbinding.

Om produk/substraat-paring te toets, het die span eksperimente uitgevoer met 'n belowende opkomende gasheer - 'n grondmikrobe genaamd Pseudomonas putida - wat ontwerp is om die gene te dra om indigoïdien, 'n blou pigment, te maak. Die wetenskaplikes het 63 potensiële herbedradingstrategieë geëvalueer en, met behulp van 'n werkvloei wat moontlike uitkomste sistematies evalueer vir gewenste gasheereienskappe, het vasgestel dat slegs een hiervan eksperimenteel realisties was. Toe het hulle CRISPR-interferensie (CRISPRi) uitgevoer om die uitdrukking van 14 gene te blokkeer, soos gelei deur hul berekeningsvoorspellings.

"Ons was verheug om te sien dat ons stam uiters hoë opbrengste indigoïdien opgelewer het nadat ons so 'n groot aantal gene gelyktydig geteiken het," sê mede-hoofskrywer Deepanwita Banerjee, 'n nadoktorale navorser by die Joint BioEnergy Institute (JBEI), wat bestuur word. deur Berkeley Lab. "Die huidige standaard vir metaboliese herbedrading is om moeisaam een ​​geen op 'n slag te teiken, eerder as baie gene op een slag," het sy gesê en opgemerk dat daar voor hierdie vraestel net een vorige studie in metaboliese ingenieurswese was waarin die skrywers ses gene geteiken het. vir afslaan. “Ons het die boonste limiet op gelyktydige wysigings aansienlik verhoog deur kragtige CRISPRi-gebaseerde benaderings te gebruik. Dit maak nou die veld oop om berekeningsoptimeringsmetodes te oorweeg, selfs wanneer dit 'n groot aantal genetiese modifikasies noodsaak, want dit kan werklik tot transformerende uitset lei,” het Banerjee gesê.

Mede-hoofskrywer Thomas Eng, 'n JBEI-navorsingswetenskaplike, het bygevoeg: "Met produk/substraat-paring glo ons dat ons die tyd wat dit neem om 'n kommersiële skaal biovervaardigingsproses te ontwikkel, aansienlik kan verminder met ons rasioneel ontwerpte proses. Dit is skrikwekkend om te dink aan die groot aantal navorsingsjare en mense-ure wat spandeer word aan die ontwikkeling van artemisinien ('n antimalariamiddel) of 1-3,butaandiol ('n chemikalie wat gebruik word om plastiek te maak) - ongeveer vyf tot 10 jaar vanaf die laboratorium-notaboek tot proefaanleg. Om R&D-tydskale drasties te verminder, is wat ons nodig het om môre se bio-ekonomie 'n werklikheid te maak,” het hy gesê.

Voorbeelde van teikenverbindings wat by Berkeley Lab ondersoek word, sluit in isopentenol, 'n belowende biobrandstof; komponente van vlamvertragende materiale; en vervangings vir petroleum-afgeleide aansittermolekules wat in die industrie gebruik word, soos nylonvoorlopers. Baie ander groepe gebruik biovervaardiging om gevorderde medisyne te vervaardig.

Aindrila Mukhopadhyay, hoofondersoeker, het verduidelik dat die span se sukses uit sy multidissiplinêre benadering gekom het. “Hierdie werk het nie net streng berekeningsmodellering en moderne genetika vereis nie, ons het ook staatgemaak op ons medewerkers by die Gevorderde Biobrandstof- en Bioprodukte-prosesontwikkelingseenheid (ABPDU) om te demonstreer dat ons proses sy gewenste kenmerke op hoër kon hou. produksieskale,” het Mukhopadhyay gesê, wat die visepresident van die afdeling biobrandstof en bioprodukte en direkteur van die gasheeringenieursgroep by JBEI is. “Ons het ook met die Departement van Energie (DOE) se gesamentlike genoominstituut saamgewerk om ons stam te karakteriseer. Nie verrassend nie, verwag ons baie sulke toekomstige samewerking om die ekonomiese waarde van die verbeterings wat ons verkry het te ondersoek en om dieper te delf in die karakterisering van hierdie drastiese metaboliese herbedrading.

Verwysing: "Genoomskaal metaboliese herbedrading verbeter titertempo's en opbrengste van die nie-inheemse produk indigoïdien op skaal" deur Deepanwita Banerjee, Thomas Eng, Andrew K. Lau, Yusuke Sasaki, Brenda Wang, Yan Chen, Jan-Philip Prahl, Vasanth R. Singan, Robin A. Herbert, Yuzhong Liu, Deepti Tanjore, Christopher J. Petzold, Jay D. Keasling en Aindrila Mukhopadhyay, 23 Oktober 2020, Nature Kommunikasie.
DOI: 10.1038/s41467-020-19171-4

Hierdie werk is ondersteun deur die DOE Kantoor vir Wetenskap. Die DOE Joint Genome Institute is 'n DOE Office of Science-gebruikersfasiliteit by Berkeley Lab.

- Advertensie -

Meer van die skrywer

- EKSKLUSIEWE INHOUD -kol_img
- Advertensie -
- Advertensie -
- Advertensie -kol_img
- Advertensie -

Moet lees

Jongste artikels

- Advertensie -