שינוי גנטי של Microalgae עבור הפקה משופרת לייפד: סקירה מקיפה

מיקרולגה, קבוצה מגוונת של מיקרואורגניזמים פוטוסינתזה, הופיעו כפלטפורמה מבטיחה לייצור בר קיימא של לימפואידים. מולקולות ליפידים אלה, בעיקר triacylglycerols (TAGs), הם מזינים יקרים עבור מטרות האנדוקטיות biocoid, שיפור יעילות אלקטרוליטית (למשל, אומגה 3 חומצות שומן), בעלי חיים, bioplastics, עם שינויים ביופלסטיים, אשר בדרך כלל להפחית את ההשפעות של חומרים גנטיים, אשר משמשות.

הבזיליקה הביולוגית של Microalgal Lipid Metabolism

הבנת מסלולי חילוף החומרים הבסיסיים היא חיונית לתכנון שינויים גנטיים יעילים.במיקרו-גאה, הביוסינתזה ליפיד מתרחשת בעיקר ב chloroplast ואת Reticulum endoplasmic.התהליך מתחיל עם המרה של acetyl-CoA לתוך malonyl-CoA על ידי acetyl-CoA carboxylase (ACCase), קצב-limiting לאחר מכן הוא צורה מורכבת של חומצה aricase (Coricase) הוא משמש לאחר מכן aricericyl-Coricase).

הצטברות ליפיד מופעלת לעתים קרובות על ידי מתח סביבתי, אשר משנה את הביטוי של גנים רגולטוריים מרכזיים.תחת תנאי צמיחה אופטימליים, תאים להקצות פחמן לחלבון וסינתזה פחמימות כדי לתמוך חלוקה מהירה. כאשר מתח כגון חנקן מוחל, חלוקת תאים מאטה, עודף פחמן קבוע מופנית לשומנים נייטרליים, בעיקר TAGmass, המשמשות כאנרגיה ואבטחת פחמן יכול לשמש לשינוי ביטויי כדי לחקות את המסלולים או להפעיל את האנזימים.

טכניקות שינוי גנטי מפתח במיקרואלגה

כמה כלים מולקולריים זמינים כעת למניפולציה גנטית ממוקדת של מיקרו-ג'ה.כל טכניקה מציעה יתרונות נפרדים בהתאם לתוצאה הרצויה וליציבות הגנטית של המין המעורב.

CRISPR-Cas9- Based Gene Editing

(הופנה מהדף Clustered interspaced aindromic Res (CRISPR) טכנולוגיה הצטברה מהפכה בהנדסה גנטית בכל תחומי החיים, כולל מיקרו-גיאגה (microalgae) במינים כגון FLT:0Chlamydomonas RehardtiiFLTase) ו-FISLatesateation (Dounap) של מערכת חלופית (Double) של LTs) של , 2.

Recombination and Targeted Gene הכנס

לפני CRISPR, Recombination הומולוגי היה השיטה העיקרית להשגת שילוב יציב וממוקד של transgenes במיקרו-גיאגה.טכניקה זו משתמשת במכונות תיקון DNA כדי לשלב רצף DNA זר ב- genomic מסוים.למרות שיעילות הטרנספורמציה נמוכה יותר מאשר עם שילוב אקראי, קידוד הומוגני מבטיח ביטוי עקבי והימנעות מאפקטים של מיקום.

המונחים: Random הכנס Mutagenesis and Screening

עבור פחות זנים חד-גנטיים, שילוב אקראי של מסמן נבחר (למשל, התנגדות אנטיביוטיקה) בשילוב עם הקרנה לימפוד גבוה דרך רב-פעוט יכול לזהות מוטאנטים עם עדשות משופרות phenotypes למרות גישה זו אינה מציעה את הדיוק של עריכת ממוקדת, זה נשאר כלי חשוב לגילוי גנים חדשים מעורבים בתקנה ליפיד.

ביולוגיה סינתטית ומטבולית הנדסה מעגלית

מעבר לשינויים חד-גנטיים, ביולוגיה סינתטית מאפשרת בנייה של מסלולים רב-גנטיים ועיגולים רגולטוריים.לדוגמה, מקדמים בלתי ניתנים לטיפוח ולוויית משוב ניתן לתכנן כדי להפוך את הסינתזה השונית רק כאשר הביומסה הגיעה לדחיסות גבוהה, ובכך הימנעות מעונשי צמיחה. גישה זו מחקה את התגובה הטבעית, אך מסירת את התלות על מתח חיצוני, ומאפשרת ייצור עתיר תחת תנאים נוחים תחת תרבות חיובית.

מטרות מולקולריות לייצור לייפד

שינוי גנטי מוצלח תלוי בבחירת המטרות הנכונות.הבאים הם בין המניין הגנטי המבטיח ביותר לשיפור שומנים, נתמך על ידי ראיות ניסיוניות על פני מינים מיקרו-גל מרובים.

Acetyl-CoA Carboxylase (ACCase)

יתר ביטוי של ACCase, אשר קטזה את הצעד התחייב בסנזה חומצה שומנית, יכול להגדיל את הבריכה של malonyl-CoA. inFLT:0Chlamydomonas 198tiipherpherph 1, overexpression של aase-targeted ACC הוביל לעלייה כפולה עד 3 כפול בתוכן השומן הכולל, כי הוא עשוי להיות משוב מלא (acontivers) הוא חייב להיות מלא.

Diacylglycerol Acyltransferase (DGAT)

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]] ב[[1924]], [[[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]] [[19

עייפות Acid Desaturases ו Thioesterases

Acyl-ACP thioesterases (TE) לסיים את הנקה חומצית השומן על ידי ריצוף שרשרת acyl של ACP, שחרור חומצות שומן חינם.Overexpressing ספציפי TE isoforms יכול לשנות את הפרופיל באורך שרשרת, תמיכה חומצות שומן בינוניות שרשרת (C12-C14) כי הם העדיפו ביוזל ודלק דומה, שינוי desaturase יכול להגביר את הערך של חומצות שומן DPUed) כמו DHA (C12-C14), שיפור גודלו-C14), שיפור של חומצות שומן.

המונחים: tiulatory tiscription Factors

הגישה של הרגולטור, בדומה לזה שנעשה בגידולים שמנים, נחקרה במיקרו-אלגה.ה-WRINKLED1 (WRI1), אשר מעלה גנים רבים בחומצה השומן ו- TAG Pathways, הייתה מבוטאת יתר ב-FLT:0Dodactylumlum TricornFLT:1, המוביל ל- 30% ב-Aphdial, בנוסף ל-Factidial, ל-D.

יתרונות של מיקרולגה גנטית

היכולת לשפר ולתאים את ייצור השפה באמצעות שינוי גנטי מציעה יתרונות כלכליים וסביבתיים משמעותיים.

הגדלת ליפיד Productivity ו- מופחתת

ליפיד גבוה יותר מניב נפח יחידה באופן ישיר להפחית את העלות של עיבוד ומיצוי למטה. עבור ייצור ביומסה עשיר ליידיד מיקרואלגלי ניתן לקצור ולעובד באמצעות שיטות הדבקה סטנדרטיות, עם שיפורים בתוכן שמן מ -20% עד 50% של משקל יבש מה שהופך את התהליך תחרותי עם דיזל מודר בתרחישים מסוימים.

ייצור מוצרים באיכות גבוהה

על ידי הנדסה microalgae לצבור פרופילים חומצה שומנית ספציפיים, ניתן לשתף פעולה produce גבוה אגוזים ערך כגון docosahexaenoic חומצה (DHA) ו חומצה eicosapentaenoic חומצה (EPA) לצד לימפונים גדולים. גישה ביו-ריבית זו משפרת את התהליך הכולל, כי הערך של FAPUs יכול להפריז את העלות של ייצור ביו-דלק.

חיקוי שומני עבור יישומים תעשייתיים

שינוי גנטי מאפשר שליטה מדויקת על הרכב ליפיד.לדוגמה, ייצור שיעור גבוה של חומצות שומן רוויות מייצר ביודיוזל עם מספר צ'אטאן גבוה ויציבות חמצון.הפך, אופטימיזציה עבור חומצות שומן ארוכות יותר ללא רווי משפר את תכונות זרימת הדם הקר.זה חייט מבטל את הצורך בשדרוג כימי לאחר המאוחר.

ירידה באפקט סביבתי

כאשר מעובדים בפוטביורגטים סגורים, מיקרו-לגה לא להתחרות על אדמה חקלאית או מים טריים (מעגלים או פסולת ניתן להשתמש לעתים קרובות) זנים מהונדסים גנטית עם סובלנות ללחץ משופר יכול גם להיות גדל בתנאים קיצוניים יותר, צמצום הסיכון זיהום מים והערכה מים.

אתגרים ושיקולים אתיים

למרות ההבטחה, מכשולים טכניים, רגולטוריים וציבוריים משמעותיים נשארים.

יכולת וכושר כושר של מהנדסים

רבים מהונדסים מיקרו-לגהה הראו שיעורי צמיחה מופחתים או גידול ביומסה הכולל נמוך יותר, סחר משותף כאשר פחמן ואנרגיה מופנים לאחסון שומנים. עבור טיפוח בקנה מידה גדול, זן חייב להיות תחרותי בבריכה פתוחה או סביבת פוטוביורג, שבו זה יכול להתמודד מול טרף, זיהום, ותנאים רצופים.

ג'ין Flow and Environmental Escape

למרות שמיקרו-לגה רבים משכפלים מינית ויש להם שיעורי נמוך של העברת גנים אופקית, שחרור של אורגניזמים מהונדסים גנטית לתוך בריכות פתוחות מעלה חששות לגבי השפעות אקולוגיות לא רצויות (למשל, באמצעות זנים סטריליים, auxotrophy עבור מעבדה-שימושית-תזונה, או המכילה פיזית במערכות סגורות) הם חיוניים לספק תקנות ביו-בטיחות.

סיקור הארלי ו-Preception

אישור רגולטורי לשחרור מכוון של מיקרולגה גנטית הוא תהליך מורכב, ספציפי המדינה הכולל הערכת סיכונים סביבתית וייעוץ בעלי עניין באיחוד האירופי, למשל, הטיפוח של GMO בחוץ מוגבל מאוד.ספקנות ציבורית, במיוחד לגבי יישומי מזון "שינויי גיאוגרפי" (כגון חלבון מיקרו-גל או שמן), יכול להגביל את קבלת השוק.

הגבלות טכנולוגיות

מינים מיקרו-גל רבים נשארים בלתי-גנטיים בשל טרנספורמציה בלתי יעילה, ביטוי גרוע של גנים זרים (בשל הטיה משותפת, סיכסנות אפיגנטית, או חוסר מקדמים חזקים), או גנום פוליפלואידי.המשך התפתחות של כלים ספציפיים מינים, כולל מקדםי יליד, ממתווכים וסימנים בחירה, הוא צורך.

כיוונים עתידיים וחדשנות מתפתחת

המחקר מתקדם במהירות להתגבר על המגבלות הנוכחיות ולהביא מיקרולגה מותאמת גנטית בקנה מידה מסחרי.

Machine Learning and Systems Biology

נתונים של ריצוף ו metabolomics משמשים כעת לבניית מודלים מטבוליים בקנה מידה גנום (GEMs) של microalgae.מודלים אלה יכולים לחזות את ההשפעות של דפיקות גנטיות או overexpression על התפלגות פלוקס, זיהוי נקודות התערבות אופטימליות כי יהיה קשה לנחש באופן ידני אלגוריתמי למידת מכונות מאומן על גבי ספריות גדולות יכול גם לחזות אילו שינויים גנטיים הם כנראה להגדיל את השפה ללא פגיעה בצמיחה.

בקרה דינמית

במקום ביטוי סטטי, מערכות עתידיות ישתמשו ביוסנסורים כדי להסדיר באופן דינמי את ביטוי הגנים בתגובה למצב התאי.לדוגמה, חיישן אשר מזהה היווצרות טיפות שומנים יכול להעלות את הייצור TAG תוך כדי צמצום כיור פחמן מתחרה, השגת אסטרטגיה "push-pull" הממקסמת את האחסון. גישה ביולוגיה סינתטית זו, akin to Engineeringed רשתות רגולטוריות בחיידקים, הוא החל להיות מיושם בתמונות אקזוטיות.

CRISPR Interference and Activation (CRISPRi/a)

באופן קטליטי מת Cas9 (dCas9) מבולבלים למדכאים או פועלים יכולים לשנות ביטוי גנים אנדוגניים ללא שינויים קבועים בגנום.זה מאפשר שליטה הפוכה, מלוטשת על נתיבים ליומנים.למטרות תעשייתיות, זה מקטין את הסיכון למוטציות לא מכוונות ומקל את הבדיקות של רמות ביטוי שונות רבות במקביל.

Genome Editing for Multi-gene Pathways

פלטפורמות CRISPR מתקדמות מאפשרות כעת עריכה בו זמנית של מספר רב של loci, כגון שילוב ACCase overexpression, DGAT overexpression, ו-Dackout של גן סינתזז בזן אחד. Multiplex העריכה מאיצה מאוד מחזורי פיתוח זנים ויכולה לייצר אפקטים סינרגיים.

שילוב עם הנדסת טיפוח

יש לקשור שיפורים גנטיים עם אסטרטגיות עיצוב פוטוביורופור אופטימלית וטיפוח.לדוגמה, שני שלבים טיפוח (הייצור של ביומה ואחריו אינדוקציה לימפוזה) ניתן לייעל עבור זנים ממונדסים המבטאים מקדם מושרה מתח. לחלופין, תרבות מתמשכת עם מחזור חומרים מזין עשוי לשמש לזנים המצטברים ללא הרף.

מסקנה

שינוי גנטי מייצג טכנולוגיה של אבן הפינה לחשיפת הפוטנציאל המסחרי המלא של מיקרו-גאה כמקור בר-קיימא של שומנים.על ידי אנזימים מרכזיים בהנדסה של סינתזת חומצה שומנית, ת'G, ורשתות רגולטוריות, החוקרים הוכיחו הישגים דרמטיים בתשואות ליומנים ובקומפוזיציה, מה שהופך את דלקי הביו-פרו-פרו-פרו-פרו-פרו-אקטיביים שלנו ליותר עמידים, אך עם אתגרים הקשורים ליציבות סביבתית, סביבתית, לביקוש הציבורי, וביקוש הציבורי, מדע-פוליטי, עם פיתוח טכנולוגיות סביבתיות, וטכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות מתקדמות, וטכנולוגיות אבטחה, וטכנולוגיות מתקדמות, כאשר ה-FLT2, עם פיתוח פחמן-FLT2, וטכנולוגיות מתקדמות יותר, וטכנולוגיות מתקדמות יותר מבחינהנדסיות, וטכנולוגיות מתקדמות יותר מבחינהגנטיות, עם יעילות ביולוגית, וטכנולוגיות מתקדמות, עם יעילות גבוהה יותר.