התפקיד של ביולוגיה סינתטית בעיצוב מחדש של כימיה תעשייתית

הביולוגיה הסינתטית יושבת בצומת של הנדסה וביולוגיה מולקולרית, המציעה גישה שיטתית להתחדשות אורגניזמים חיים עבור משימות ספציפיות. במהלך העשור האחרון, היא עברה ממרדף אקדמי נישה אל אבן הפינה של הביו-אקונומיה.אחד היישומים המשתנים ביותר שלה הוא ייצור של פותרים וכימיקלים מבוססי-ביו-מבוססים - נתון באופן מסורתי מנפט שנוצר כעת יכול להיות מזין מתחדשים באמצעות מצופה משינויים אישיים והבטחות לציפויות.

ייצור כימי מסורתי מסתמך על דלקים מאובנים.על פי ה-FLT:0) הסוכנות לאנרגיה הבינלאומית לאנרגיה 1FIRLT (International Energy Agency FIRFIRLT:1), המגזר הכימי מהווה כ-10% מכלל הביקוש לנפט העולמי והוא המקור התעשייתי השלישי בגודלו של פליטות CO2. ביולוגיה סינתטית מציעה אלטרנטיבה מעשית: שימוש במיקרואורגניזמים כמו מפעלים זעירים שהופכים סוכרים, פסולת חקלאית, או אפילו נתפסים לערכים גבוהים על ידי כימיקלים, כך שהם ממולקולות, כך שגורמות לצמצום של גזים, או למולקולות חדשות, כדי להפחית לחלוטין, או למזעריים, או למזעריים, או למזעריים, כדי להפחית את גזים, או להפחית את פליטות, או למולקולות, כדי להפחית את פליטות, כדי להפחית את פליטות, או להפחית את פליטות, או להפחית את פליטות, או להפחית את פליטות גזים, או להפחית את פליטות גזי חממות, או להפחית לחלוטין, או להפחית לחלוטין, כדי להפחית את פליטות גזיבית, או להפחית את הגזים, או להפחית את פליטות גזים, או להפחית לחלוטין, או להפחית את פליטות, כדי להפחית את פליטות גזיבית, כדי להפחית את פליטות גזי-כימיקלים מסוכנים לחלוטין, או להפחית

יסודות של ביולוגיה סינתטית לייצור כימי

הנדסה מיקרוברס - Living Factories

[ב]הביולוגיה הסינטטית כוללת תכנון והקמה של מעגלים גנטיים בתוך מארחים כגון:0Escherichia coliveFLT:1,FLT:2Saccharomyces cerevisiaephás:0Escherichia colives; או FLT:4Coryne חיידק glutamicumFLT5:2Saccharomyces cerevisiae או ליצור גלקסיות כימיות לאחר מכן, לאחר מכן, אשר ניתן לשלב את הגלקסיות כימיות, או גלקסיות מסוימות, או גלקסיות, לאחר מכן, או גלקסיות כימיות, לאחר מכן, לאחר מכן, אשר ניתן לשלב גלקסיות אלה.

טכניקות מתקדמות כגון CRISPR-Cas9 עריכת גנים, אבולוציה מכוונת, ולמידה מכונה - עיצוב מונחה להאיץ את קצב התפתחות הזן.חוקרים יכולים כעת לחזות אילו שינויים גנטיים יגדילו את התשואות, קצב, או פריון.לדוגמה, מחקר שנערך בשנת 2021 שפורסם ב-FLT:0FLT:1 CatalysisFLT:2cioFLT 3, הראה גישה חישובית כי דרושה זמן ייצור מחודשים ל- 10 חודשים.

מזון: מפסולת לערכים

בעוד שכימיקלים המבוססים על הדור הראשון השתמשו לעתים קרובות ביבולי מזון כמו תירס או סוכרקני, ביולוגיה סינתטית מאפשרת שימוש של הדור השני והשלישי של הזנות הדור השלישי. Agricultural Livingues (המוכרים של גז, קש חיטה), פסולת יערית, ופסולת מוצקה עירונית יכולה להישבר לתוך סוכרים עמידים באמצעות הידרוליטיזה אנזים מנדסמטיים.

שם מקורי: From Lab to Market

אִתְמָל, בֶאֶנְל, ומעבר

פתרונות המבוססים על הביולוגיה הם בין המוצרים המצליחים ביותר של ביולוגיה סינתטית.איינול, המיוצר על ידי תסיסה רסט, שימש כמסוכת במשך מאות שנים.עם זאת, זנים מודרניים יכולים לייצר אתנול בריכוזים גבוהים יותר ולסבול רמות גבוהות יותר של מעכבים הקיימים ב ליגנולוסית הידרוליטיסט.

(ב) [[המאה ה-[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

פיתוח Bio-solvents

פתרונות נוספים המבוססים על ביו כוללים:

  • (FLT:0 estersFLT:1 ; לדוגמה, אתיל לקטטה) - נגזר מחומצה קדחתנית קדחתנית קדחתנית קדחתנית קדחתנית, המשמש כמסוחות ביו-דידנטיים במוצרי ניקוי וייצור אלקטרוניקה.
  • (FLT:0Cyclic dilycol (Cyreneve)FLT:1 - המיוצר מ- cellulose-derived levoglucose, a di קוטבית פתרון שיכול להחליף N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) ו dimethylformamide (DMF), שניהם עומדים בפני הגבלות רגולטוריות עקב רעילות.
  • (ב) ⁇ :0 (2-Methyltetrahydrofuran (2-THF) ⁇ 1 - נגזר פרופורפילי (מאשר hemicellulose), המשמש לתגובות גרינגארד וכאלטרנטיבה ירוקה יותר לטטטרמולוריאן (THF).
  • (ב) [15] (ב[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]

ביולוגיה סינתטית חיונית לקידוד מסלולים מיקרוביאליים המייצרים מולקולות אלה.לדוגמה, חוקרים ב-FLT:0 Joint BioEnergy Institute (JBEI) MPEGFLT:1 הנדסו את המולקולות האלה:2E. coliveFLT 3: כדי לייצר חומצה ulinic ישירות מגלוקוז, על ידי עקפת הצורך של המרות כימיות.

כימיקלים מבוססי פלטפורמות ביולוגיות: בניית בלוקים לכלכלה מעגלית

« סכיזופרניה

חומצה סוצ'ינית היא חומצה פוליגרקולית בת ארבעה פחמן המופיעה על ידי מחלקת האנרגיה של ארה"ב כאחת הכימיקלים המוערכים ביותר מביומסה.זה משמש מבשר לפוליbutylenelene succinate (PBS) - חיידקים ביו-דרומיים בשימוש באריזות, כמו גם כדי לפתור ביולוגיה, מפלסטיק, וקורוזיון (Frosion) נמוך יותר, כולל חומצה פוליסטרית DSMDUSDUSD) המכילה משותפת (RUS) ו-RUS) אשר מופעלת) ב-DUSDUSDS (RUSDUSC) ו-DS) אשר מופעלת DSMDFUSDUSDUS) תחת פורטוגזית (RUSDUS) ו-DS) תחת פורטוגזית (RUSDFSTFREC) שימוש ב-DERC) ו-RUSDERC) לשימוש ב-FUSDUSDUSDUSDUSDUSDUS (RUSDSMDUSS) ב-S) ב-S) לשימוש ב-S (RUSS) ב-RUSS) ב-S) ב-S) ב-S) ב-S) ב-D

Lactic Acid ו- Polylactic Acid (PLA)

(החומצה הגלקטית מופקת על ידי תסיסה חיידקית ושימוש במזון, תרופות וקוסמטיקה.הפולימר, חומצה פולילאקטית (PLA), היא הביופלסטית הנפוצה ביותר, ביולוגיה סינתטית שיפרה את ייצור חומצה לקטטית על ידי הנדסהFLT:0Coryne חיידק glutamicumFLT 1 ו-FLT:2Bacius coagusFalus 3, 000, 000) לטמפרטורות גבוהות של 2 ק"מפולק (F) ב-Flow) ב-Flow) ב-R) ב-Ric ירידה ב-R2kgiFLT2K) ב-Ric ירידה ב-FLT2K) ב-FLT2K) ב-R) ב-Ric ירידה ב-FLT2K7K7Cliphertarlid) ב-FLT2K) ב-R.

1,4- Butanediol (BDO)

BDO הוא כימי גדול בשימוש בייצור של פסטקס (polyurethane), tetrahydrofuran (THF), ו- הנדסה פלסטיקs. המיוצר באופן מסורתי מ acetylene or Butane, Genomatica פיתחה את ה-FLT:0E. coliFLT:1 זן אשר מייצר BDO ישירות מסוכר.

Amino Acids וכימיקלים מיוחדים

(L-lysine, L-methionine, ו-L-threonine מיוצרים ב- מיליון קשקשים באמצעות תסיסה, עם ביולוגיה סינתטית של פחמן פלוקס, ביטול מעכב משוב, ומאפשר ייצור של חומצות אמינו לא קנוןיות. חומצות אמינו אלה משמשים במזונות בעלי חיים, תרופות, וכן כאבני בניין עבור פולימברדמסים סינתטיים (למשל, 5bnbn) משמשות, כמו ⁇ , כמו למשל, כמו למשל, כלומר, כמו למשל, כלומר, כלומר, לדוגמה, כמו למשל, כמו למשל, כלומר, כבסיס של חברות קטנות של מזון צמחיים של חומצות אמיד"מ"מ"מחץ 1).

היתרונות של ביולוגיה סינתטית - ייצור כימי מבוסס

אחריות סביבתית

(ההערכות של מחזור חיים מראות באופן עקבי כי כימיקלים המבוססים על ביולוגית יש טביעת רגל פחמן נמוכה יותר מאשר עמיתיהם מאובן-דרבן-מחדשת.זה כי פחמן במוצר מבוסס-ביו מקורו ב- CO2 אטמוספירי קבוע על ידי צמחים במהלך פוטוסינתזה, יצירת מחזור פחמן סגור נוסף, תהליכים רבים נערכים בטמפרטורה ולחץ, צמצום הביקוש לאנרגיה.

צמצום השקיפות והחמיר

פותרים פטרוכימיים כגון טולום, בנזין, ותרכובות כלור ידועות נגרנים או נוירוטוקסיןנים. חלופות מבוססות ביולוגי כמו ethyl lactate, Cyrene, ו- 2meTHF יש פרופילים רעילים נמוכים משמעותית.הם גם biodegrade יותר בקלות, צמצום ההתמדה בסביבה.

כלכלה ו Scalability

למרות תסיסה מיקרוביאלית לעתים קרובות דורשות הוצאה משמעותית של הון עבור ביולוגיים ו סטריליזציה, ביולוגיה סינתטית מונעת עלויות באמצעות שיפור זנים. Yields עכשיו באופן שגרתי מעל 90% מהמקסימום התיאורטי עבור מוצרים רבים. רציף ו in situ מוצר הסרת (למשל, באמצעות מיצוי קרום או הפסקת גז) לשפר את הפרודוקטיביות נוספת. 20 מקי על ידי דו"ח מקינזי מבוסס על ידי 20 טרנדים יכול ללכוד כימיקלים עד 20- 300.

מרחב כימי

אולי היתרון המרגש ביותר הוא היכולת לייצר מולקולות שקשה לסנתז petrochemically.דוגמאות כוללות חומצות דיקר-שרשרת ארוכות-שרשרת (עבור פוליאמברדס ביצועים גבוהים), טעמים טבעיים ו ניחוחות (vanillin, nootkatone), ו peptic peptide עם פעילות פרמצבטית. ביולוגיה סינתטית מאפשרת שילוב של אנזימים מאורגניזמים מגוונים, יצירת מסלולים שאינם קיימים בתכונות נוזליות וגלומיות לחלוטין.

אתגרים על הדרך לאימוץ נרחב

היפוצים הטכניים

(התהליכים המיקרוביאליים של מפלט מעבדה (מילימטרים) לביולוגיים תעשייתיים (אלפי ליטרים של ליטרים) מגלים באופן בלתי נמנע חוסר יעילות. העברת חמצן, בקרת pH, ופירוק חום הופך להגבלת.אורגניזמים רבים גם מייצרים בעיות צמיחה-inhibiting על ידי חומרים בריכוזים גבוהים.

קבלה וקידום שוק

כימיקלים המבוססים על הביולוגית חייבים להיות מאושרים על ידי סוכנויות כגון ארה"ב EPA (תחת חוק בקרת חומרים רעילים) וסוכנות הכימיקלים האירופית (REACH) הרגולטור יכול לקחת שנים ועלויות מיליונים, במיוחד עבור חומרים חדשים שחסרים נתונים רעילים יותר, התווית "בסיסה ביולוגית" אינה מעניקה באופן אוטומטי קבלה בשוק; לקוחות שווים או ביצועים מעולים במחיר תחרותי.

זמינות מזון ותחרות

למרות שהזנת הדור השני היא יותר בר קיימא, הם יקרים יותר לאסוף ולעבד מאשר תירס או סוכרקני. Lignocellulose מכיל hemicellulose ו lignin כי הם קשים כדי לתססס. מיקרובים מהונדס גנטית כי co-ferment גלוקוז, xylose, ו-EURinose הם תחת פיתוח, אבל הביצועים שלהם ב הידרוליטנטים תעשייתיים (אשר מכילים כמו פירות צמחיים, למרות צריכת מזון צמחיים, בנוסף, יכול להיות ממין צמחיים, גם יכול להיות ממין צמחי מרפא, או מזון צמחי מרפא, גם כן, 000, יכול להיות ממין צמחי מרפא, 000, גם על ידי מזון צמחי מרפא, גם יכול להיות ממין צמחי מרפא, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, או מזון צמחי מרפא, 000, או מזון צמחי מרפא, גם על ידי מזון צמחי מרפא, 000, 000, 000, 000.

סיקור תקשורת ותקשורת

ביולוגיה סינתטית לעתים קרובות מתמודדת עם ספקנות של צרכנים הקשורים אורגניזמים מהונדסים גנטית (GMOs) בעוד תסיסה תעשייתית היא בדרך כלל הכלולה ואינו כרוך שחרור GMOs לתוך הסביבה, השברה הציבורית יכולה להשפיע על המוניטין של המותג. תקשורת Transud, תוויות, והסמכת צד שלישי (למשל, USDA מוסמך Bio Based) הם כלים חשובים.

אפשרויות לעתיד ומגמות מתפתחות

אינטגרציה עם C1 Gas Ferment

(הופנה מהדף ביולוגיה סינתטית) היא השימוש בביולוגיה סינתטית כדי ליצור אורגניזמים שצורכים פחמן אחד (C1) גזים - CO2, ו- CH4. חברות כמו FLT:0 Novo NouveFLT:1 ו- FLT:2KiverdiFLT 3: הם הנדסהFLT:4ClostridiumFLT:5 ומינוטרופיה יכול להמיר את פליטות השפכים לחקלאות שפכים, אם הם רק שפכים, כמו חומצה פוליקולית, כמו גם חומרים כימיים.

ביולוגיה סינתטית ללא תאים

מערכות ללא תאים (למשל, באמצעות תמצית מ-FLT:0) , colicioFLT 1 או חיטה ggerm) לחסל את הצורך בתאי חיים, הימנעות מבעיות כגון רעילות, תחבורה membrane, וצמיחה-inhibition Trade-inhibition-offs.com יכול להיות אופטימיזציה עבור שלבים חד-פעמיים, באמצעות אנזים מטוהרים או אפילו מסלולים מלאכותיים עבור חומרים כימיים יקרים, כגון חומרים כימיים בעלי ערך גבוה מדי, כמו חומרים כימיים.

AI-Driven Strain Engineering

למידת מכונה היא מאיצה כל שלב של מחזור למידה-העיצוב-העת-הבנה.מודלים ללמידה עמוקה יכולים לחזות פעילות אנזים מרצף, להציע שילובי גן מסלולים, ואופטימיזציה של תנאי תסיסה בזמן אמת.לדוגמה, FLT:0ZymergenigphFLT:1 (כיום התמזגה עם גינקו Bioworks) משתמשת ב- AI כדי להנחות כלי הנדסה גבוהה באמצעות לחץ.

כלכלה מעגלית וביוטכנולוגיה

החזון האולטימטיבי הוא הביו-הרפיורי המשולב, שבו הביומסה מחולקת לסוכרים, לignin, ורכיבים אחרים, כל אחד מומר לפורטפוליו של מוצרים.ביולוגיה סינתטית ישחק תפקיד מפתח בפיתוח מיקרובים שיכולים לנצל את ארוארומטיקה מלוטעת (Signin-derivedogenic), אשר נשרף כיום עבור אנרגיה.שנים יצרו זנים שהופכים guaiacol,oltech, ועוד מסטיקן (מ"ד) לתוך מסטיקן (חומצה פולית) ו-disicicic) ומשמשת) ומבשרת (מסטיקהחומצה פולית) ו-digicicicic) לתוך מסטיקה, המשמשה, כמו ניילון (מסטיקהחומצה פולינזירית (מסטיקהחומצה פולית) ו-digenicicicicicial) כמו ניילון) ו-dis) ו-disiccinicciniccinicial) ב-disolicial (מסטיקהחומצה פולינזירית (מסטיקה, המשמש כיום, 000) ו-digenolicial, המשמשהחומצה פולינזירית (מסטיקה, המשמש כיום, המשמש כיום, המשמש כיום, 000) ב-dicogenolic

מסקנה

ביולוגיה סינתטית אינה רק שיפור מצטבר על התוססת המסורתית; היא גישה טרנספורמטיבית המאפשרת ייצור של פותרים וכימיקלים המבוססים על ביולוגית עם יעילות חסרת תקדים, גיוון וקיימות. מ- ethanol וחומצה קדחת לקטקטית לפתרונות מיוחדים כמו Cyrene וכימיקלים פלטפורמה כמו חומצה סצ'יניקה ו- 1,4- butanediol, מיקרובים מיוצרים כבר ממולקולות דלקיות, בעוד שעדיין ממושכות אתגרימתים של מוצרי Ctechs.

בעוד העולם נע לכיוון כלכלה של אפס נטו, ביולוגיה סינתטית-דרישה כימיקלים מציעים מסלול מעשי כדי לפחיד את עמוד השדרה התעשייתי.ההשפעה תירגש על שרשראות אספקה - מן המפתורים מקלקלים את דיו במאמר זה לפלסטיקים במכשירים רפואיים וה ניחוחות בסחורות הצרכנים.העשור הבא יקבע כמה רחוק וכמה מהר זה מתקדם, אבל הכיוון הוא ברור יותר ויותר של מפעלים עתידיים.