הנדסה מיקרואורגניזמים לייצור מוצרים נדירים

ההתקדמות בהנדסה גנטית פתחה הזדמנויות חסרות תקדים לייצור מוצרים טבעיים נדירים באמצעות תסיסה מיקרוביאלית. תרכובות אלה, הכוללות אלקלואידים מורכבים, טרפנינואידים ופוליקטידים, זוכים למבצעים התרופות החזקים שלהם ומבנים כימיים ייחודיים.אך מקורות טבעיים שלהם – לעתים קרובות צמחי גידול איטיים, אורגניזמים ימיים מוצפנים, או מינים בסכנת הכחדה - אינם יכולים לענות על הביקוש התעשייתי על ידי התחדשות של מולקולות אלה, חומרים כימיים, ועכשיו, חומרים מזינים חדשים, חומרים מזינים, חומרים כימיים חדשים, אשר יכולים כעת, חומרים כימיים חדשים לחלוטין, כדי להפחית את רמות חומרים כימיים, חומרים כימיים, חומרים כימיים, חומרים מזינים טבעיים, כדי להפחית את רמות גבוהות יותר, כדי להפחית את רמות גבוהות יותר, חומרים כימיים, חומרים כימיים, כדי להפחית את רמות גבוהות יותר, חומרים כימיים אלה, חומרים כימיים, חומרים כימיים אלה, חומרים כימיים, כדי להפחית את רמות רגישות, חומרים כימיים, חומרים כימיים, חומרים כימיים אלה, כדי להפחית את רמות גבוהות של חומרים ביולוגיים, חומרים כימיים, חומרים כימיים, חומרים רעילים, כדי לאפשר את רמות גבוהות יותר, חומרים כימיים, כדי להפחית את רמות גבוהות של חומרים כימיים, חומרים כימיים, חומרים כימיים, כדי להפחית את המשתנים, כדי להפחית את רמות גבוהות יותר, כדי להפחית את רמות גבוהות יותר, חומרים כימיים

ערך ואתגר של מוצרים טבעיים נדירים

מוצרים טבעיים היו מקורם המוצלח ביותר של תרכובות מובילות לפיתוח סמים.כמעט מחצית מכל התרופות הקטנות המסוכנות שאושרו על ידי ה- FDA בין 1981 ל- 2019 הן מוצרים טבעיים או נגזרות שלהם.עם זאת, הרוב המכריע של תרכובות ביואקטיביות שנמצאו בטבע מיוצרים בכמויות דקות, לעתים קרובות כחלק מנתיבים מטבוליים מורכבים שקשה להקים מחוץ לאורגניזם הילידים.

מוצרים טבעיים נדירים נופלים בדרך כלל למספר סוגים כימיים:

(FLT:0) אלקלואידים FLT:1 - תרכובות המכילות חנקן כגון מורפיום, קודין ו-vinblastine, המשמשות רבות כמשככי כאבים ו-cheamapeutics.
(FLT:0)TerpenoidsFLT:1 - קבוצה מגוונת כולל מסול, ארטמזינין וקנבינואידים, הידועים ב- Anticancer, אנטי-מילאריאל ותכונות פסיכואקטיביות.
(FLT:0) ,PolyketideFLT:1 - אנטיביוטיקה מאקרודלידה גדולה כמו אריתרוטמיצין וrapamycin, חיוני לטיפול בזיהומים חיידקיים ודיכוי אימונומי.
(FLT:0) פטיומומיאל (Nonribosomal peptidesFIRLT:1) - cyclosporine, vancomycin, ו daptomycin, הכולל אנטיביוטיקה חזקה ומדכאים חיסוניים.

מכיוון שמולקולות אלה מורכבות מבחינה מבנית ולעתים קרובות מכילות מרכזי צ'ילה מרובים, סינתזת כימי על בקנה מידה תעשייתי היא קשה או בלתי-אפשרית מבחינה כלכלית.הנדסת מיקרוביאל מציעה נתיב ביניים פרגמטי: רתמה של מכונות סינתטיות של תאים חיים לבצע את הכימיה המורכבת כימאים לא יכולים להתאים.

דוגמאות של מוצרים טבעיים נדירים

תעשיית התרופות מסתמכת על מספר מוצרים טבעיים נדירים ששרשראות האספקה שלהם מוגבלות על ידי ריאל ביולוגי או סיכונים גיאופוליטיים:

(ב) [ה][דרוש מקור]] [ב]]: [ה] [ה] [ה]][ה]]][ה]], [ה][ה]]][ה]]]], [התחילה] היא ה[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], היא בעלת ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה-20]].
(ב) [15] ,[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]]
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) ,Prostratinigital: A ester עם פעילות אנטי-HIV פוטנציאלית, מבודד מן ה-FLT בסכנת הכחדה:2Homalanthus nutansFLT 3 עץ; ייצור מיקרוביאלי יכול לחסל את הצורך לקצור את הצמח.

דוגמאות אלה ממחישות את רוחב המטרות ואת הכדאיות הגוברת של ייצור מיקרוביאלי.כל אחד מציג אתגרים ייחודיים בהתאם לאורכו של המסלול, זמינות אנזים ו רעילות של ביניים.

הנדסת אורגניזמים

בחירת ה-microbial chaassis הוא קריטי.שלושת המעמדות העיקריים של המיקרואורגניזמים מועסקים בדרך כלל: חיידקים, ין, ופטריות מפוכחות.כל אחד מציע יתרונות ומגבלות שונים.

Bacteria - פלטפורמות הפקה

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

זמנים קצרים (20-30 דקות) המאפשרים פיתוח תהליכים מהיר.
תיבת כלים נרחבת של plasmids, מקדם, וטכניקות מדיטציה גנים.
תאימות עם הנדסה מטבולית ללא תאים עבור מסלול prototyping.

עם זאת, חיידקים חסרים יכולות שינוי לאחר המעבר ואת תת-תאיזציה הנוכחי ב eukaryotes. מסלולים רבים בעלי צמחי-דרבן כרוכים אנזימים ציטקושום P450 הדורשים שילוב מלמברנה ושותפים תחבורה אלקטרונים, אשר קשה לבטא פונקציונליות ב FLT:0E coliph:1 יתר על כן, של מוצרי ביניים או יכול להניב מגבלות.

Yeast and Filamentous Fungi

ייצור Native של טרפניאידים מורכבים באמצעות מסלול mevalonate.
מערכות Ctochrome P450 עם הפחתת משימות מקומיות.
טכנולוגיה של תסיסה מבוססת היטב עבור בקנה מידה תעשייתי.
GRAS (הידועה באופן כללי כבטוחה) מעמד של מזון ותרופות.

פטריות פילות כמו FLT:0 (AspergillusphFLT) 1:1 ו- (FLT:2PenicilliumFLT 3) הם יצרנים טבעיים של אנטיביוטיקה רבים ומיקוטינים.הסובלנות שלהם ל- pH נמוך ויכולת לפטור חלבונים גדולים להפוך אותם אטרקטיביים עבור מסלולים מסוימים.

טכניקות מפתח בהנדסת מיקרוביאלי למוצרים טבעיים

הנדסה מטבולית מודרנית משלבת כלים מביולוגיה סינתטית, ביולוגיה מערכות והנדסה אבולוציונית כדי לעצב מחדש חילוף החומרים המיקרוביאלי.הטכניקות הבאות הן בסיסיות.

CRISPR-Cas9 ו- Gene Editing

מערכת CRISPR-Cas9 מהפכה בהנדסה מיקרוביאלית על ידי מתן שינויים מדויקים, חסרי צלקת לגנום. בייצור מוצר טבעי, CRISPR משמש:

כבוש מסלולים מטבוליים מתחרים כדי להפנות את הפלקס פחמן לכיוון מולקולה המטרה.
שילוב של אשכולות גנים ביוסינתזה גדולים (עד 100 kb) לתוך הגנום עבור ביטוי יציב.
הכירו מוטציות נקודה באנזימים של Pathways כדי להקל על מעכב משוב או לשנות את הספציפיות substrate.
לבצע מסכים באמצעות חישובים גבוהים כדי לזהות מטרות גנים אשר משפרים את התשואות.

לדוגמה, ב-Samsesast, CRISPR שימש לשלב 14 גנים ⁇ המסלול האופיאידי, המאפשר ייצור דה novo של ה-baine.InFLT:0E colicioFLT:1, CRISPR מתווך של מטבוליזם פחמן מרכזי הגדיל את התשואות של אלפא-בזרען, מבשר לדלקים וגני ריח.

הנדסת Pathway

ברגע שהמסלול מזוהה, יש להתאים אותו לייצור.אסטרטגיות כוללות:

(FLT:0) ,Gen codonve אופטימיזציהFLT:1 - התאמת השימוש של גנים heterologous לבריכת ה- tRNA של המארח משפר את יעילות התרגום.
(ב) ,0) הנדסת מוטיבציה (Promoter EngineeringFLT:1) - שימוש במקדם חוקתי חזק או בלתי ניתן לחנך כדי לכוון רמות ביטוי גנים.
(ב) ,0) מספר העתקים מספר וריאציות מספר 1 (FLT) - היכרות עם עותקים מרובים של אנזימים בעלי שיעור על פילמידים או שמיכות משולבות.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) התחדשות מחדש של ה- 1 (FLT) – הנדסה המארחת לספק מספיק NADPH, ATP, או Acetyl-CoA עבור המסלול.

גישות מתקדמות כוללות את השימוש במערכות בקרה דינמיות החוש ריכוזים metabolite והתאמה של ביטוי אנזימים בזמן אמת, חיקוי רגולציה טבעית.

ביטויים רדיולוגיים וביולוגיה סינתטית

רבים מן צבירי גן טבעיים הם מסתוריים או שקטים במארחים שלהם.ביולוגיה סינתטית מאפשרת ההרכבה של אשכולות גנים גדולים, מספקים מחדש עבור ביטוי במארחים heterologous.

(FLT:0) שיטות איסוף ה-DNA של ההרחבה: גיבסון, שער הזהב, שיבוטי שער הזהב, ו- esast homologous Recombination מאפשר איסוף גמיש של גנים רבים במבנה יחיד.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) ,מספקים את ה- 1 (ב) – הסרת אלמנטים מדכאים והבאת חומרים סינטטיים כדי להפעיל אשכולות שקטים.
(FLT:0) צ'לסי הנדסה מחדש 1:1 - הסרת גנים מיותרים מן המארח כדי ליצור "גנום נקי" מפלט אשר מטיל משאבים לתוך המסלול הרצוי.

באופן לא צפוי, מסלול ה- Artemisinin המחודש בשמטים דרש את כניסתם של גנים משלושה ממלכות שונות (plant, חיידקי וצעקות) ויותר מעשור של אופטימיזציה למתן תועלת להגעה לכדאיות מסחרית.

התפתחות ישירה

Enzymes ממקורות טבעיים לעתים קרובות יש פעילות נמוכה, רבייה גרועה, או ספציפי תת-קרקעי לא נכון במארחים זרים.האבולוציה הישירה מחקה ברירה טבעית לשיפור האנזים הללו.

יצירת ספריות של אנזימים באמצעות שגיאות-prone PCR או ד"ר ד"ר.
בחירת או בדיקת תפקוד משופר - למשל, התכת יתר של המוצר, הגמישות, או עיכוב מופחת של המוצר.
החלת עד להשגת הביצוע הרצוי.

דוגמה אחת היא האבולוציה של אנזים צמחי P450 (CYP71AV1) מ- (FLT:0Artemisia annuacioFLT:1 כדי להגדיל את פעילותו בצעקות, אשר היה קריטי להשגת מטיפים חומצה ארטמיסיתנית תעשייתית. בדומה, מכוונת האבולוציה של פוליקטיד סינתאז נכנעה שיפור הייצור של קרינת האנטיביוטיקה.

מחקרים על הצלחה

כמה תהליכי ייצור מיקרוביאליים הגיעו או התקרבו לסקאלה מסחרית, מה שמדגים את הכוח של טכניקות הנדסיות אלה.

ארטמיסיקאי Acid ב Yeast

סיפור ההצלחה המפורסם ביותר הוא ייצור של חומצה ארטמיאנית, מבשר על התרופה האנטימאלית ארטמזינין.שימוש מהנדס:0S cerevisiaeofLT:1, חוקרים ב Amyris ואוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, השיגו titers מעל 25 g / L של חומצה ארטמאניתנית באכילה-chbatation תהליך מעורב:

Overexpression של מסלול mevalonate כדי להגביר את אספקת המבשר.
מבוא של אננדופינה סינתאז וצמח ציטוכרום P450 (CYP71AV1) יחד עם השותף האדום שלו.
התפתחות ישירה של P450 להגביר את הפעילות.
הנדסה של מובל ייעודי לייצא את המוצר מהתא, צמצום הרעילות.

חומצה ארטמיאנית המתקבלת מומרת לאומג'ינין באמצעות צעד כימי פשוט, מייצב את האספקה העולמית וצמצום תנודתיות המחירים.תהליך זה היה מורשה על ידי Sanofi והוא הפיק יותר מ -100 מיליון מנות.

אופוסים ב-Yeast

בשנת 2015, צוות באוניברסיטת סטנפורד דיווח על הסינתזה המלאה הראשונה של המבשר האופיואיד של הנביקין מסוכר ב שמרים.הישג זה נדרש הנדסה 21 אנזימים heterologous, כולל צמחי, חיידקי ומטמאלינים מסלולים מתקדמים, כללו ביטוי של אופטימיזציה צמחית מורכבת cytochrome P450 (ה-O-demethylase) וניהול של גנים רעילים עדיין מיקרואקטיביים (xiceratis) בעוד שמפתחים יעילים יותר) פועלים בטכניקות מיקרו-דלקתיות מורכבות יותר.

מסאדין ב E. coli

לפאקל הסמים האנטי-קניסר יש מבנה מורכב מאוד עם מרכזי צ'רליים מרובים וטבעת מס מתוחה.הצעד הראשון שבוצע - המחזור של גרניוגרניל dipus to Taxadiene - הוקמה בהצלחה ב-FLT:0E coliFLTary 1 על ידי ביטוי של חיידקי חיידקי methylerythol mor (ME) ו-Frantase) נותרו לאחרונה ⁇ s-450threxitirtirtirtreams של ⁇ rexititericernrfLTary: 4, כולל ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים נוספים

למרות ההצלחות האלה, יש להתגבר על המכשולים המשמעותיים לפני שהייצור המיקרוביאלי הופך לשגרה עבור מוצרים טבעיים נדירים ביותר.

עצמאיות ומוצרים

יכולת תעשייתית בדרך כלל דורשת titers בטווח של גרם לליטר. זנים רבים מהונדסים לייצר רק מיליגרם. תשואות נמוכות נובעות לעתים קרובות:

אספקת מבשרים בלתי אפשרית - חילוף החומרים הילידים של המארח עשוי לא להעביר מספיק פחמן לתוך המסלול הרצוי.
אנזימים בעלי משקל - פרמטרים קינטיים עניים או רמות ביטוי נמוכות יוצרים צווארי בקבוק.
נטל מטאבולי – תחזוקה של גנים ונתיבים heterologous יכולה להאט את הצמיחה, צמצום הייצור הכולל.

ביולוגיה מערכות מתקרבת, כולל ניתוח פלוקס מטבולי ומודלים בקנה מידה גנום, לעזור לזהות את המטרות המבטיחות ביותר עבור הנדסה.

מוצרי טוקסיות ו- Feedback Inhibition

מוצרים טבעיים רבים הם מיקרוביאליים על ידי עיצוב - הצטברות שלהם יכולה להרוג את המיקרואורגניזמים המייצרים.אסטרטגיות להתגבר על הרעילות כוללים:

(FLT:0) ב- situ productjectFLT:1 - שימוש בתססיסה דו-זמנית עם פותרים אורגניים או פרסומות או resstint resins כדי לחלץ את המוצר כפי שהוא נוצר.
(ב) ,0) ,Efflux שואבת הנדסה הנדסית (FLT:1) - היכרות או ביטוי חלבונים תחבורה מייצא את המוצר מהתא.
(ב) [15] ,[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
(ב) ,0) ייצור דיסרבנספל 1 (FLT:0) – מה שהופך את המוצר הרעל לגזר הרעל פחות רעיל שניתן להמיר מאוחר יותר.

הדרך לתגליות ולהתפטרות

מוצרים טבעיים נדירים רבים לא ידועים או מאופיין חלקית מסלולים ביוסינתזה. סגסוגת מטאגנומית, ביטוי heterologous של DNA סביבתי, והפעלה של אשכולות גן שקט באורגניזמים מקומיים הם אזורי מחקר פעילים. אלגוריתמים חיזוי כי מפרים את השלבים מרצף הגנום הם גילוי מאיץ.

כלכלה בקנה מידה ושגשוג

המעבר מ-Dake-flask ל-פיילוט ולאחר מכן לתסיסים תעשייתיים מציג אתגרים כגון העברת חמצן, ערבוב ואסטרטגיות הזנה תזונתיות.אופטימיזציה של תהליכים עבור כל מארח מיקרוביאלי היא חיונית.בנוסף, עיבוד למטה הזרם - צמצום המוצר מרק תסיסה מורכבת - יכול לקחת בחשבון עבור 50-80% מסך עלות הייצור הכוללת.

אפשרויות לעתיד

התחום מתקדם במהירות, מונע על ידי חידושים במספר תחומים.

Machine Learning ו-AI

מודלים של למידת מכונות יכולים לחזות אילו גרסאות אנזים יהיו פעילות ביותר, לזהות גנוטיפים מטבוליים אופטימליים ממאגרי נתונים גדולים-מימים, ועיצוב מקדמים סינתטיים.לדוגמה, למידה עמוקה שימשה למהנדס cytochrome P450s עם פעילות משופרת על תת-קרקעית לא-native substrates. כמו יותר נתונים מפרויקטים הנדסיים מטבוליים להיות זמינים, כלים אלה יהפכו יותר ויותר חיזוי.

הנדסה דיגיטלית ללא תשלום

מערכות ללא תאים, באמצעות אנזימים מטוהרים או lysate גס, לעקוף מגבלות רבות של תאים חיים - רעילות, תחבורה membrane, ותקנה סלולרית.הם מאפשרים פשטות מהירה של מסלולים ויכולים להיות מחוסנים עבור יציבות לטווח ארוך.עבודה חדשה הוכיחה סינתזת ללא תאים של לימפון terpenoidene ואת ה-Coroidsic מחדש, עם שלבים.

Biosensors ובקרת דינמיות

ביוסנסים של Metabolite-responsive, שנבנו מגורמי תעתיק או riboswitches, מאפשרים ניטור בזמן אמת של ביצועי מסלול.כאשר יחד עם מעגלים גנטיים, הם יכולים באופן אוטומטי להתאים ביטוי אנזים כדי לשמור על מסלול אופטימלי של פלוקס. לדוגמה, ביוסנסטור עבור malonyl-CoA באמצע FLT:0E coliLTFalLTer 1 שימש כדי לשפר את קצבת שומן דינמי יותר מאשר בקרה.

הנדסה אוטומטית

פלטפורמות רובוטיות המשלבות טיפול נוזלי, טרנספורמציה, ובחירת המושבה יכולים לייצר אלפי זנים מהונדסים בשבוע.כאשר בשילוב עם בדיקות מהירות (למשל, על ידי LC-MS או פלואורינגיישן), מערכות אלה מאיצות באופן דרמטי את מחזור הלמידה של עיצוב-בדומה.מצאות כגון biofoundries בבריטניה וארה"ב השתמשו בגישה זו כדי לייעל במהירות את ה- isopoids ו- alkoids.

קונסוליה סינתטית

במקום הנדסה מיקרוב אחד לבצע את הסינתזה כולה, החוקרים חוקרים לחקור קונסוררציה מיקרוביאלית שבה זנים שונים או מינים מבצעים צעדים נפרדים.לדוגמה, פטריות עלולות לייצר מבשר כי חיידק הופך למוצר הסופי. גישה מודולרית זו מפחיתה את הנטל על כל אורגניזם אחד ומאפשר אופטימיזציה מקבילים של כל מודול.

מסקנה

(הנדסה מיקרואורגניזמים לייצר מוצרים טבעיים נדירים היא כבר לא מושג עתידני - זוהי טכנולוגיה מוכחת אשר סיפקה תרופות בעולם האמיתי והוא מתרחב במהירות.מ-Artemisinin to Opioids, היכולת לתכנן תאים מיקרו-ביולוגיים לביצוע שינויים ביו-סינתזה מורכבים, מציעה גישה בת קיימא, מטבולית, ופוטנציאלית של דרכים רבות של מולקולות יקרות ביותר, במיוחד להשגת תשואה מסחרית וחדשנות של תאים מתקדמים, אשר ניתן להשיג את ה-F2, אך ורקמותקטיקה מתקדמת, כדי לפתח את ה-D2, לפתח את ה-DVate-DVatecreative, אך ורקמותקטיביים מתקדמים, ולפתח את ה-DVate, ולפתח את ה-FIS, ולפתח את ה-DVate-DVate-DVatecrelimate, אך ורקמותרפיסטנסיכותל-DVate-DVate, ולפתח כלי אבטחה, אך ורק יותר, אשר יהיו זמינים, אך ורק יותר, ל-FIS, באופן מהיר יותר, ל-DVate-DVate-FIS, ל-DVate-DVate-DVate-DVate-DVate-DVate-DVate