شتاب سیستم های بیولوژیکی طراحی پایدار biomanufacturing

دانشگاه مصنوعی زیست شناسان جدید را توسعه داده اند سریع-نمونه سازی سیستم برای سرعت بخشیدن به طراحی سیستم های بیولوژیکی کاهش زمان تولید پایدار biomanufacturing محصولات از ماه به ماه.

به عنوان چالش های جهانی مانند تغییرات آب و هوایی رشد جمعیت و امنیت انرژی به شدت نیاز به کم هزینه سوخت های زیستی و bioproducts — مانند داروها و مواد — تولید شده با استفاده از منابع پایدار را افزایش می دهد. صنعتی بیوتکنولوژی که با استفاده میکروبی سلولی کارخانه به مهار آنزیم مجموعه است که می تواند تبدیل مولکول به مطلوب محصول شیمیایی نشان داده پتانسیل برای رسیدگی به این نیازها. با این حال, طراحی, ساختمان و بهینه سازی این مسیر در سلول باقی می ماند پیچیده و آهسته قادر به نگه دارید تا با تغییرات پویا در نیاز دارد.

این پلت فرم جدید به نام in vitro نمونه سازی و بهینه سازی سریع از بیوسنتز آنزیم (iPROBE) را فراهم می کند سریع و قدرتمند طراحی-ساخت-تست چارچوب به کشف بهینه مسیرهای بیوسنتز برای سوخت و ساز سلولی و مهندسی است که می تواند تاثیر طیف وسیعی از صنایع (یا مسائل) از انرژی پاک مصرف کننده محصولات.

“برای اولین بار ما نشان می دهد که تلفن همراه-سیستم عامل رایگان می توانید اطلاع رسانی و سرعت بخشیدن به طراحی صنعتی سلولی سیستم” گفت: Michael Jewett, Walter P. Murphy استاد مهندسی شیمی و و چارلز Deering McCormick استاد تدریس تعالی در McCormick دانشکده فنی و مهندسی که هدایت شمال غربی مرکز زیست شناسی مصنوعی. “ما انجام شده در حدود دو هفته چه طور سنتی گرفته اند شش تا 12 ماه. یافته های ما کمک خواهد کرد که سرعت بخشیدن به سرعت که در آن ما می توانید فعال پایدار biomanufacturing شیوه است.”

پلت فرم اهرم شمال غربی رهبری در سلول های رایگان زیست شناسی مصنوعی و به بازی می آید در سه به تازگی منتشر شده مطالعات هر یک led توسط Jewett.

“iPROBE می ایستد برای کمک به دانشمندان در شناسایی بهترین مجموعه ای از آنزیم ها برای انواع پایدار مواد شیمیایی و آنها را به تولید در مقیاس” Jewett گفت. “ما تصور می کنیم این سلول-رایگان سیستم به عنوان یک موتور برای کمک به تحقق بخشیدن به آینده bioeconomy.”

اتخاذ یک سلول رویکرد

در شرايط آزمايشگاهی نمونه سازی و بهینه سازی سریع از بیوسنتز آنزیم برای طراحی سلول” منتشر شده 15 ژوئن در مجله Nature Chemical Biologyچگونه توصیف iPROBE کار می کند.

به تولید پایدار مواد شیمیایی مصنوعی, زیست شناسان کوک با هم پروتئین و آنزیم ها را حمل به فرد مولکولی تحولات تبدیل به راحتی در دسترس سهام-مانند گلوکز یا دی اکسید کربن — به یک محصول جدید است. زمان تست روش نیاز به این آنزیم دریافت کد گذاری شده در DNA قرار داده شده در یک پلاسميد مولکول و سپس وارد یک سلول زنده است. این روند باید تکرار شود و هر بار به مطالعه مجموعه های مختلف از آنزیم ها به امید تعیین بهینه ترین گروه است.

“نتیجه این است که طراحی چرخه فقط بیش از حد آهسته” Jewett گفت. “ما تا پایان نیاز به صدها نفر از ترکیب فرد سال ها از توسعه را به یک محصول به بازار است. که بیش از حد آهسته به نشانی چالش های مانند تغییر آب و هوا و دیگر به سرعت در حال رشد مشکلات مواجه هستیم.”

iPROBE دور می زند محدودیت های فنی و مهندسی موجودات زنده با استفاده از سلول سنتز پروتئین به غنی سازی بیوسنتز آنزیم ها در لوله های آزمایش را به انجام تحولات. همراه با محاسباتی طراحی الگوریتم توسعه یافته توسط لاکهید مارتین سیستم به سرعت در حال مطالعات مسیر آنزیم نسبت تنظیم فردی آنزیم ها در زمینه مورد نظر چند مرحله مسیر غربالگری بالا-عملکرد آنزیم ها و کشف آنزیم ها با کارکردهای مطلوب.

“iPROBE تا به حال به چند وجهی و آسان به استفاده از” گفت: Ashty کریم, اولین نویسنده در مقاله و تحقیقات همکار و دستیار مدیر علمی در Jewett آزمایشگاه. “ما مجموعه ای از طراحی یک پلت فرم است که می تواند تست صدها نفر از بیوسنتز فرضیه بدون نیاز به دوباره مهندس میکروب به سادگی با مخلوط کردن و مطابق با آنزیم.”

Jewett تشبیه ترکیب و مطابقت و تحلیل های مختلف آنزیم ترکیب برای ساخت یک کوکتل.

“تصور کنید که شما یک متصدی بار علاقه مند به ساخت کامل نوشیدنی مخلوط. شما می خواهید به گرد هم آوردن همه از امکان کوکتل مواد تشکیل دهنده است که به طور بالقوه می تواند مورد استفاده قرار گیرد” Jewett گفت. “iPROBE اجازه می دهد تا ما را به ترکیب و مطابقت آنزیم ها در این نوع کوکتل مبتنی بر رویکرد برای تعیین بهترین ترکیب برای انجام تحول و سنتز مواد شیمیایی پایدار-اما به جای در نظر گرفتن سال به سال به ما می توانید آن را در روز به هفته.”

پیدا کردن مسیرهای بهینه در کلستریدیوم

به اعتبار iPROBE سیستم محققان توسعه یافته بهینه مسیرهای بیوسنتز برای 3 hydroxybutyrate (3-HB) و butanol دو ترکیبات آلی در کلستریدیوم autoethanogenum یک باکتری است که به طور طبیعی تولید اتانول از متابولیزه مونوکسید کربن.

“این برای ما مهم بود که ما نشان داده که استفاده عملی از تکنولوژی” کریم گفت. “ما تا به حال این رویا راه حل برای افزایش سرعت تحقیق و توسعه بیوتکنولوژی است که تنها می تواند از طریق تحقق حق همکاری است.”

پس از شناسایی مسیرهای بهینه در شرایط آزمایشگاهیمحققان به اشتراک گذاشته و آنها را با همکاران در انرژی پاک راه اندازی Lanzatech که دارای تخصص در استفاده از کلستریدیوم گونه برای تولید پایدار سوخت. محققان وجود دارد اعمال می شود مسیر و پیدا 20 برابر افزایش 3-HB تولید در کلستریدیوم پل زدن به iPROBE موفقیت در آزمایشگاه به یک واحد صنعتی ،

“کار با یک ارگانیسم مانند کلستریدیوم دشوار است; های ژنتیکی ابزار و نه به عنوان پیچیده high-throughput گردش اغلب فاقد و وجود تحول idiosyncrasies” Jewett گفت. “به این روند کار با موفقیت هل می دهد یک چشم انداز جدید برای پایداری. چه چیزی می تواند بهتر از تبدیل ضایعات گاز از جو پایدار به مواد شیمیایی در مقیاس؟”

سنتز لیمونن و استایرن

در دوم مقاله منتشر شده در مجله مهندسی متابولیک, Jewett و تیم خود را با تمرکز بر استفاده از iPROBE برای بهینه سازی سنتز لیمونین یک عضو از یک کلاس از ترکیبات آلی به نام ترپن. لیمونن در اسانس پرتقال و دیگر مرکبات لایه برداری و مسئول آن رایحه ای میوه ای. مولکول است که نه تنها معمولا استفاده می شود به منظور افزایش بوی مواد پاک کننده خانگی و تولید مواد غذایی بلکه همچنین نشان داده است که پتانسیل برای کمک به پیشبرد پایدار سوخت.

در یک ماده از هفته iPROBE تلفن-رایگان رویکرد منجر به اکتشاف صدها آنزیم برای سنتز ترکیبات لیمونن.

“در گذشته مردم تنها قادر به مطالعه 20 یا 30 مسیر” Jewett گفت. “ما نشان داد که چگونه iPROBE می تواند به اعمال خاص این مسیر بیوسنتز و مقیاس نه فقط به 100 یا 200 مسیرهای اما 500. این مجموعه استاندارد جدید برای چگونه سلول های رایگان سیستم می تواند سرعت بخشیدن به طراحی زیستی ، از مهم شیمی پایدار.”

مقاله سوم نیز منتشر شده در سوخت و ساز مهندسینگاه استایرن نفت مشتق شده از مولکول مورد استفاده در ظروف یکبار مصرف ظروف نقره و فوم بسته بندی. در حالی که تلاش های گذشته اقدام به سنتز مولکول با استفاده از موجودات زنده مانند E. coli استایرن طبیعی سمیت محدود ظرفیت تولید است. با iPROBE, Jewett و تیم خود را ساخته بالاترین میزان استایرن از طریق یک بیوشیمیایی رویکرد به تاریخ بدون اضافی فرایند پیشرفت است.

“این پیشرفت درب باز می شود به یک روز حرکت از فرآیندهای تولید متکی بر سوخت های فسیلی به بیشتر پایدار بیوسنتز مبتنی بر استراتژی” Jewett گفت.

این کار با حمایت وزارت انرژی (DOE) دفتر بیولوژیکی و زیست محیطی و پژوهش در سازمان حفاظت محیط زیست را از علم تحت جایزه شماره ده-SC0018249.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>