img

基金

通过将动态传感器 - 调节器系统引入JBEI工程的大肠杆菌菌株直接从葡萄糖生产柴油燃料,研究人员开发出一种新技术,显示生物柴油微生物生产增加了三倍,微生物显着增加美国能源部(DOE)联合生物能源研究所(JBEI)的研究人员开发了一种合成生物学新技术,实现了清洁,绿色和可再生生物柴油燃料的生产

这项新技术被称为动态传感器 - 调节系统(DSRS) - 可以检测基于脂肪酸的燃料或化学品生产过程中微生物的代谢变化,并控制影响生产的基因表达

一次证明的结果是生物柴油从葡萄糖生产微生物增加了三倍“ DSRS是一个令人惊叹且功能强大的新工具,是动态r合成系统的第一个例子当微生物进入生物反应器时,推动代谢途径改善基于脂肪酸的燃料和化学品的生产,“JBEI的首席执行官杰伊·基斯林说道,他是世界上最重要的合成生物学实践者之一,他领导了这项研究,他也是担任劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)生物科学副主任实验室主任是描述自然生物技术研究的论文的通讯作者

该论文的标题是“用于生产基于FA的化学品和燃料的动态传感器 - 调节系统的设计” “共同作者是JBEI燃料合成部的Fuzhong Zhang和James Carothers,由Keasling执导

对可再生的新型运输燃料的需求以及可持续生产的需求从未如此紧迫科学研究一直表明液体如果是一种具有成本效益的通讯方式,来自植物生物质的燃料是最好的替代品之一可以找到专业生产为此目的的主要研究工作集中在脂肪酸 - 植物细胞中富含能量的分子,被称为天然石油脂肪酸现在不仅是生物柴油燃料的原料,也是广泛的原料一系列重要的化学产品,包括表面活性剂,溶剂和润滑剂“脂肪酸的燃料和化学品的微生物生产是化学合成的绿色和可持续的替代品,”自然生物学论文的主要作者张说,“但是,高生产率,滴度和产量对于微生物生产这些化学产品至关重要,以便在经济上可行,特别是在生物燃料和低价值大宗化学品的情况下“阻碍微生物生产基于脂肪酸的化学品在产品合成过程中代谢不平衡”过低水平的途径基因在生物合成途径中产生瓶颈,而在t时表达高水平将细胞资源转移到不必要的酶或中间代谢物的产生,否则这些酶或中间代谢物可用于所需的化学物质,“张说”此外,这些酶和中间代谢物的积累可对微生物产生毒性作用,减少产量和生产力“使用合成生物学的工具,已经开发了几种策略来应对这一挑战,但这些先前的策略仅提供基因表达水平的静态控制”当基因表达控制系统针对生物反应器中的特定条件进行调整时由于条件发生变化,控制系统将无法做出反应,产品合成将因此受到影响,“张说,DSRS通过感知工程路径中的关键中间代谢物,在合成过程中对生物反应器中微生物的代谢状态作出反应

然后DSRS调节控制其生产和消费的基因随着生物反应器中的条件变化,优化通路以最大限度地提高生产力的中间体e中间体“自然界已经开发出可用于感知生物合成中间体的传感器,但天然存在的调节剂很少能够调节工程途径,因为这些监管机构的进化是为了支持宿主生存,而不是大量生产化学品,“张说 为了创建他们的DSRS,Zhang,Keasling和Carothers专注于在JBEI工程化的大肠杆菌(E coli)菌株直接从葡萄糖生产柴油大肠杆菌是一种经过充分研究的微生物,其天然合成脂肪酸的能力和特殊的适应性遗传操作使其成为生物燃料研究的理想目标在这项最新研究中,JBEI研究人员首先开发了生物传感器,用于柴油生物合成途径中的关键中间代谢物 - 脂肪酰基辅酶A,然后他们开发了一套启动子(DNA片段)促进特定基因的表达响应细胞酰基辅酶A水平这些合成启动子只有当脂肪酸和被称为“IPTG”的诱导剂存在时才会完全激活“对于一个严格调节的代谢途径,以最大化产品产量,它必须消除启动子的渗漏基因表达,“张说”由于我们的杂种启动子受到抑制由IPTG诱导,诱导水平可以通过FA /酰基辅酶A水平自动调节,它们可以很容易地用于调节生物柴油和其他基于脂肪酸的化学物质的生产“将DSRS引入生物柴油生产菌株Ecoli提高了该菌株的稳定性,使燃料产量提高了三倍,达到理论最大值的28%随着技术的进一步改进,产量应该更高DSRS也应该适用于其他化学产品的微生物生产基于脂肪酸的超越“鉴于可用的大量天然传感器,我们的DSRS策略可以扩展到许多其他生物合成途径,以平衡代谢,提高产品滴度和产量,并稳定生产宿主,”张说“它应该有一天无论是否有自然传感器,都可以动态调节任何代谢途径,以微生物生产商品化学品商业规模的燃料具有竞争力“这项研究部分由美国能源部科学办公室提供支持,部分由国家科学基金会通过合成生物工程研究中心(SynBERC)提供支持资料来源:劳伦斯伯克利国家实验室Lynn Yarris图片:劳伦斯伯克利国家实验室

作者:黄报

News