הבא: הגבול הבא בייצור ביוכימי

במשך עשרות שנים, ביוטכנולוגיה תעשייתית התבססה כמעט בלעדית על FLT:0monoculturesFelo 1LT1 ; זנים של מיקרואורגניזמים מהונדסים גנטית, אשר עברו ייצור מולקולה מטרה, בעוד גישה זו הביאה הצלחות יוצאות דופן - החל אינסולין ועד אנזימים תעשייתיים - זה יותר ויותר פוגע במגבלות הנדסיות סינתטיות על תא יחיד, המוביל ל-Apinterialricstomcreatives:

מה הם מיקרוביוטי קונסורטיה?

(הקונסוררציה המיקרוביטית הסינטית היא FLT:0) קהילות מתוכננות באופן תכליתי (FLT:1) המורכב משני זנים מיקרוביאליים או מינים שהונדסו או נבחרו לביצוע תהליכים ביולוגיים מתואמתים.בניגוד לקהילות מיקרוביאליות טבעיות, אשר מתפתחות לאורך זמן רב וחיידקים רבים מציגים לעתים קרובות דינמיקות תחרותיות, קונסורציונאליות סינתטית בנויות עם אינטראקציות מוגדרות – כגון מעבר, חלוקה של עבודה, או חלוקה מיקרו-סיבית, או סגסוגת ייחודית, או , או , יכולות להיות מורכבות, או .

טבעי לעומת Synthetic Consortia

מערכות אקולוגיות טבעיות, כגון מיקרוביומיות אדמה או מעיים אנושי, הוכיחו זמן רב את הכוח של שיתוף פעולה מיקרוביאלי.מיקרובים בסביבות אלה חלוקת משימות מטבוליות, החלפת חומרים מזינים, ושמירה על חוסן המערכת.סינתנטית שואפת לשכפל את עקרונות אקולוגיים אלה בסביבה תעשייתית מבוקרת.

עקרונות הנדסה

יצירת קונסורציום סינתטי פונקציונלי דורש הבנה עמוקה של פיזיולוגיה מיקרוביאלית, מסלולים מטבוליים, ואינטראקציות בין-תחומיות.אסטרטגיות הנדסיות מפתח כוללות:

  • (FLT:0Division of Workmia: FLT:1) שובר מסלול ביוסינתזה מורכב לתוך מודולים, כל אחד מהם מתאר זן אחר.לדוגמה, זן אחד הופך תת-קרקעי זול לתוך ביניים, ועוד ממיר כי לתוך המוצר הסופי.זה מקטין נטל מטבולי ומפחית את הצטברות ביניים.
  • (FLT:0Cross-feeding:FLT:1 Strains מונדסים להחליף מטבוליטים חיוניים (למשל חומצות אמינו, ויטמינים או מקורות פחמן) כך שהם תלויים זה בזה לצמיחה.מערכת יחסים סינטרופיה זו משפרת את היציבות ומונעת את הדומיננטיות של זן יחיד.
  • (FLT:0) ארגון זמני: FLT:1 בחלק מקונסורטיה, זנים מופרדים פיזית בתוך ביולוגי (למשל, בכפיפות או בתאים ממוזגים) כדי למנוע תחרות ישירה תוך מתן אפשרות החלפת מטאבוליט.
  • (FLT:0)Quorum sensing מעגלים: ⁇ FLT ( 1:1 המעגלים הגנטיים הסינתטיים המבוססים על חישה חיידקית יכול לתאם ביטוי גנים על פני הקונסורציום, המאפשר שליטה זמנית של שלב הייצור.

עקרונות אלה מויישמו לעתים קרובות באמצעות ערכות כלי ביולוגיה סינתטיות סטנדרטיות, כולל חלקי שיבוט מודולריים, עריכת גנום מבוססת CRISPR, ומקדם בלתי ניתן לחנך.

היתרונות של השימוש בקונסורטיה בייצור ביוכימי

בהשוואה לתסיסה מסורתית של מונוגסטרציה, קונסורציונל סינתטי מציע מספר יתרונות שונים אשר מטפלים באתגרים ארוכי טווח בפיתוח ביו-מעבד.

יעילות מוגברת באמצעות התמחות

במונוג'ה, תא יחיד חייב להקצות משאבים לצמיחה, תחזוקה וייצור.הנטל המטבולי של מסלול ארוך ורב-שלבי יכול להאט באופן דרסטי צמיחה ו titers נמוך יותר. in aconortium, FLT:0 {\displaystyle \0} מיקרובים אחרים יכולים לבצע מטלות מיוחדות מלבד המרה של סוכרים מעולים, אשר יהיה קשה או בלתי אפשרי לשלב בתא אחד.

שיפור יציבות ורובוסטנס

ביולוגיים תעשייתיים עומדים בפני תנודות סביבתיות - PH, טמפרטורה, ⁇ חמצן, וספיציונות תזונתיים.מונותרבות של זנים מהונדסים מאוד סובלים לעתים קרובות מחוסר יציבות גנטית, פגמים בצמיחה, ורגישות זיהום.FLT:0Synthetic Conortia הם טפילים מטבוליים יותר נגד זרם מגנטי של 1:1 כי הם מכילים אדמומיות פונקציונלית ויכולים לעבור דרך אוכלוסייה אחת, אם הוא יכול להיות מושפע באופן זמני יותר מטבולית, אם הוא מסוגל לספוג את עצמו באופן זמני יותר ויותר, 000.

תהליכים גמישים ועולה

(הקונסוריה יכולה לנצל את ה-FLT:0) , זול מזון מזין (FLT) 1 כגון שאריות חקלאיות, פסולת מזון, או סינרגיה יעילה יותר מאשר מונוגמות. על ידי חלוקת המשימה של ההשפלה תת-סטריטית בין מומחים, קונסורציה להפחית את הצורך באנזימים יקרים או בצעדים טרום טיפול.

הרחבת Capabilities for Complex Molecules

תרכובות רבות בעלות ערך גבוה – כגון פוליקטידים מורכבים, peptides non-ribosomal, או alkaloids בעל מבנה - נדרשים ביוסינתזה מסלולים עם עשרות אנזימים, כולל אלה מאורגניזמים שונים אשר עשויים לא לתפקד היטב בדרגה אחת של מינרלים אופטיים, גישה קונסורציונאלית מאפשרת FLT:0 להפיץ את המסלולים התואמים את המסלול המתאים לביצוע LT1 מתחומים שונים, עשוי להוסיף מיקרו-קלימיים אופטימיים, יכול להוסיף גישה אופטימאלית של חומר למיקרו-מיים.

יישומים תעשייתיים

הגמישות של קונסוררציה מיקרוביאלית סינתטית מובילה לאימוץ על פני מגזרים רבים של ייצור ביוכימי.למטה אנו מדגישים אזורי יישום מרכזיים, כולל מחקר מקרה מפורט בדלקים ביולוגיים.

ייצור דלק: מקרה מחקר

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

החוקרים עיצבו גם את ה-Tateite Conortia: חיידק צלולולי, צריח מסוכר, וחיידקים של חמצן-scavenating אשר שומרים על תנאים אנאירוביים עבור היצרן הרגיש. קונסורציונאלי כזה הדגים את ethanol titers מעל 50 g / L ישירות ממתגים לא מטופלים, עם תשואה של 30–40% גבוה יותר מאשר מקבילה של תהליכים חד-חמצני: 0F.

ייצור תרופות

תעשיית התרופות רודפת קונסורציונל לייצור של (FLT:0) מוצרים טבעיים אקספרס מורכבים של ®FLT:1 ו- סמי-סינתטיים תרופות ממין (לדוגמה, מחסני סמים אנטי-מילאריים של אומנים) מיוצרים כיום באמצעות תהליך המרה מיקרו-סיאנטית (Crosicericol) באמצעות שימוש ב-cosocialustation) של חומצה פולינזירית, ולאחר מכן, אשר עשוי לבצע גישה כימית נוספת:

ביופלסטיקה וביופולימרים

(ב) פלסטיקים בעלי ערך מוסף (FLT:0) הראו כי צמחי קוסמטיקה (PHAs) LT:1 ו-FLT:2polylactic acid (PLA) הוא צמחים LT 3 יכול כעת לייצר שימוש בזיהומים מיקרוביאליים של שפכים מפלטים מפסולת מבוזרת אחת.

כימיקלים מיוחדים ופלאברס

(החומרים) כמו וניל, קרוטנואידים, חומצות אורגניות ותרכובות של β-regance – מיוצרים יותר ויותר באמצעות תסיסה.Sthetic conortia מציעים יתרונות במסלולים הדורשים מספר רב של צינורות או לייצר מסלולים רעילים (למשל, ייצור של חומצה פולית:0vanillinFLT 1) מחומצה עוברית יכול להיות מחולק בין שני ערכי מינרלים:

אתגרים מרכזיים וגבולות מחקר

למרות הבטחתם, האימוץ התעשייתי הנרחב של קונסורציונל סינתטי עומד בפני כמה מכשולים טכניים וכלכליים.

יציבות וזיהום

שמירה על מאזן האוכלוסייה הנכון על פני ריצות תסיסה ארוכות היא קשה לשמצה.שיעורי צמיחה בלתי אחידים, מוטציות, שינויים בתנאים סביבתיים יכולים להוביל הדומיננטיות של זן אחד, קריסת הקונסורציום, ואובדן המוצר.כדי לטפל בכך, החוקרים מפתחים את ה-FLT:0 הזנת אסטרטגיות בקרה הדדית של microucback Refectation 1 אשר משתמשות אותות של quorum-sogening או אופטית כדי להסדיר יחס דינמי, בעוד שעדיין יכול להיות פעיל יותר ויותר.

מודלים מטאבוליים וחיזוי

(העיצוב של קונסורציום לפנים דורש מודלים חיזוי מדויקים של חילוף החומרים בין-מינים.בעוד שמודלים מטבוליים בקנה מידה גנום (GEMs) עבור אורגניזמים בודדים מפותחים היטב, FLT:0 מודלים של דינמיקה של מודלים קונסוליות (FLT) סטנדרטיים להחלפת חומרים מטבוליים, אך הם עדיין בחיתולים של ביולוגיה מתקדמת, כגון: FSD-Fgent)

שיקולים ובטיחות

באמצעות אורגניזמים מהונדסים גנטית רבים (GMOs) בביולוגי יחיד מעלה שאלות רגולטוריות חדשות.רשויות כמו ה- FDA ו- EMA דורשות אפיון מפורט של כל זן, האינטראקציות שלהם, והסיכון של העברת גנים אופקית.אם קונסורציום כולל זנים שאינם מתאימים באופן טבעי, אמצעי קבלה נגזרים על ידי שימוש ב- Gספקטרום (GMO) מקיפים את ה-F:0accredited שיטות סטנדרטיות ל-FLTFalpherates עבור הערכה סינתטית עבור מוצרים דומים, כולל תכונות של מוצרי GMO.

תחזית עתיד

עתידה של קונסוררציה מיקרוביאלית סינתטית בייצור ביוכימי הוא בהיר, אך הדרישות המשיכו בחדשנות בין-תחומית.כמה מגמות צפויות להוביל להתקדמות:

  • (FLT:0) מחזורי למידה מבוססי עיצוב: FLT:1 bioreactors אוטומטיים יחד עם ניטור metabolite בזמן אמת ולמידה מכונה יזרז את אופטימיזציה של הרכב קונסורציום ותנאי הפעלה.
  • (FLT:0) שמרנים ללא תשלום והיברידי: אנדרטה: קיד 1 (שלב תאים חיים עם מערכות אנזומטיות ללא תאים או עם (electro) מודולים סינתטיים יכולים ליצור תהליכים היברידיים עם יעילות חסרת תקדים ושליטה.
  • (FLT:0) מרחיב את רפרטואר ההסמויות:IRLT:1 , Beyond Classic (FLT:2E. coliveFLT 3 ו- esast, החוקרים הם הנדסת extremophiles, photoynthetic cyanobacteria, ומיקרובים שאינם מודלים המציעים יכולות מטבוליות ייחודיות עבור קונסורטיה.
  • (FLT:0)Industrial-scaleפריס:FreaLT:1 חברות כגון LanzaTech, Amyris ו Genomatica משקיעות בתהליכים המבוססים על קונסורציום לדלק תעופה בר קיימא, ניחוחות וכימיקלים בעלי ערך פחמן.הייצור המסחרי הראשון באמצעות קונסורטוריטי צפוי באינטרנט בתוך חמש השנים הבאות.

מסקנה

קונסטנטייה מיקרוביאלית סינתטית מייצגת התפתחות עוצמתית בייצור ביוכימי, נעה מהמגבלות של זנים בודדים כלפי המורכבות והחוסן של קהילות מיקרוביאליות מונדסות.על ידי מתן חלוקה של עבודה, גמישות תת-קרקעית, וגישה לנתיבים ביו-סינכיים מורכבים, אנו מציעים מסלול לייצור בר-קיימא ויעיל יותר של דלקים סינתטיים, תרופות, פלסטיות, , כימיקלים, בעודנוחיות, תוך כדי אורגניזמים מהירים ולפתח את המהירות והייצור של חומרים כימיים, תוך כדי שינוי, תוך כדי שינוי, תוך כדי אורגניזמים, תוך כדי שינוי, תוך כדי אורגניזמים ביולוגיים, תוך כדי אורגניזמים, כמו גם אורגניזמים, כמו גם אורגניזמים מודרניים, כמו גם אורגניזמים, כמו גם אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים ביולוגיים, כמו גם אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים ביולוגיים, כמו גם אורגניזמים מודרניים, כמו גם אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים, כמו גם אורגניזמים גמישים, כמו גם אורגניזמים גמישים, כמו גם אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים אורגניזמים