Sessiz Devrim: S Sentetik Biyoloji Biyo bazlı Yeme Üretiminin Yeniden İncelenmesi

Kimyasal endüstri, uzun yıllar boyunca, çözücüler - boyaların, yapıştırıcıların, farmasötiklerin ve temizlik ürünlerinin iş yolları - büyük ölçüde petrolden elde edilmiştir. Ancak sessiz bir devrim, disiplinin altında değildir; ve güçlü; endüstriyel kimyasalların nasıl üretildiğini ve kullanılması için biyolojik sistemler.

Mühendislik canlı organizmalara göre – bakteri, mayalar ve hatta algler – yenilenebilir yemstockleri değerli bir çözücü molekülleri haline getirmek için, sentetik biyoloji, bir zamanlar ilk nesil biyo bazlı çözücüler ile bir araya getiren sınırlamaların çoğunu aşmaktadır. Sonuç, üretimde hızla genişleyen ürünler portföyüdür; güçlü ve çalışkan, biyodegradlanabilir ve her iki işçi ve çevre için daha güvenli; /> Bu makale, bu dönüşümün arkasındaki bilimi araştırıyor.

Bio bazlı Yemeler Nedir ve Neden Önemlidir?

Bir çözücü herhangi bir maddedir - çoğu zaman bir sıvı - bu bir çözüm oluşturmak için bir çözüm oluşturur. Endüstride, çözücüler hala fosil yakıtlardan elde edilen büyük çoğunluğu ile temizlik, degreasing, reaksiyon medyası olarak, kaplamalarda ve inkslerde, toksik veya karsinojenik formülasyonlarda ve üretim zincirlerinin 20 milyon tonunu aşıyor.

Biyo bazlı çözücüler, aksine, yenilenebilir biyolojik kaynaklardan üretilir -tipik olarak bitki biyokütleleri (köne, arılar, ahşap) veya tarım kalıntılarıdır. Ortak örnekler biyo-ilaçları ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık inceler ve / yel asitler; ve d-limonene (könemürücükler) ilerleyici avantajları, ve yağ ayak izi, yüksek çözünürlükte; ve yüksek çözünürlükte; ve özellikle de, güvenilir bir şekilde üretilen bir karbon ayak izi kullanılarak üretilen karbon ayak izi kullanılarak yapılır.

Ancak erken biyo temelli çözücüler fiyat ve performans üzerinde rekabet etmek için mücadele etti. Mikroorganizm doğal olarak bu kimyasalları sadece düşük konsantrasyonlarda ve mütevazı verimlerle üretiyor. Burada sentetik biyoloji adımları, araçları velt; güçlü ve çok yönlü; titriciler, ve dramatik olarak üretim maliyetlerini azaltın; / güçlü ve güçlü bir şekilde.

S Sentetik Biyolojinin Rolü: Hassasiyet Mühendisliğine Yanmak

Sentetik biyoloji biyoloji biyolojiye mühendislik ilkeleri uygular. rastgele mutasyona veya klasik su arıtmaya güvenmek yerine, araştırmacılar velt; güçlü ve çalışkan; yeni biyolojik parçalar, cihazlar ve sistemler ve sistemler </güçlü-gt; zeminden yukarı-veya mevcut hücresel makinelere yeniden icat ederek:

  • [FONT:0)Metabolik yolu mühendisliği:[Döneticileri istenen kimyasal bir yol için kodlayan ve klonlayan genlerin belirlenmesi, sonra kendi ifadelerini ev sahibi bir organizmada optimize edin.
  • [FONT=0)Genome düzenleme (e.g., CRISPR-Cas 9:[Dönetici) şişeleri kaldırmak için mikro genomlar için hassas, hedeflenmiş değişiklikler yapmak, ürün oluşturma ile azaltmak veya çözücülere tolerans geliştirmek.
  • [FONT:0)Doğrulanmış evrim:[Dönemli dönüşümler:[Dönemli) Büyük enzim çeşitlerini oluşturmak ve onları gelişmiş aktivite, istikrar veya substrat spesifikite için taramak.
  • [FONT:0)C ⁇ modelleme ve makine öğrenimi: Metabolik florasyon koşullarını tahmin etmek ve çevresel sinyallere cevap veren sentetik devreleri tasarlamak.
  • [0]Cell-free sistemler: [Döneticileri veya hamileri canlı hücreler dışında çözücüler üretmek, ürün toksisitesi ve hücre viability sorunları önlemek.

Statik üretim için, hedef ucuz bir substrattan karbon kanal etmektir (glucose, xylose, glycerol, hatta CO2) ve hatta CO2) ile hedef moleküle; güçlü ve üretken; yüksek verim, meme ve verimlilik ve / / / ve güçlü; Sif biyoloji zaten birkaç katta olağanüstü başarılar elde etti.

Mühendislik Mikroorganizmleri için

En yaygın endüstriyel ev sahipleri < güçlü ve çok iyi; (baker'in mayalısı; (a bakteri) ve < güçlü ve çok yönlü;Saccharomyces cerevizizie< / güçlü ve çok iyi; (baker'in mayalısı her ikisi de genetik olarak hareketli, hızlı büyüyen ve iyileştirici metabolizmalar vardır. heterolog yollara giriş yaparak – örneğin, bu türevler için -ara üretim için yol boyunca -aralı yollara yol açtılar.

Önemli bir örnek, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte 50 gramdan fazla, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (Cidden) elde etmek için, Jevo ve Alfama ile birlikte elde etmek için kullanılan firmalara baskı yapıyor.

Benzer şekilde, < güçlü ve çok boyutlu;1,4-butanediol (BDO)< / güçlü ve plastiklere öncü – sadece petrokimyasallardan üretilmiştir.

Bakterilerin Ötesinde: Yeast, Algae ve Fungi

Yeasts özellikle çözücüler üretmek için uygundur, çünkü doğal olarak alkol ve organik asitlerin daha yüksek konsantrasyonlarını tolere ederler. Sentetik biyoloji etkinleştirdi ve güçlü; Son zamanlarda bir BiyoEnergy Enstitüsü (JBEI) ve son zamanlarda bir maya sustu; ve çok güçlü bir şekilde üretmek; ve çok güçlü olmayan bir şekilde, yumuşak ve sert olmayan bir şekilde, ve sert olmayan bir şekilde, ventilojen-penkler için.

Algae ve cyanobacteria aynı zamanda CO2'den doğrudan çözücü üretimi için platformlar olarak ortaya çıkıyor, biyokütle beslemesi için ihtiyaç var. sentetik yol yolları tanıtarak, bu fotoğraflar, biyolojik organizmalar etanol üretebilir, butanol veya retin glycol.

S Sentetik Biyoloji-Fizik tarafından mümkün olan Temel Biyo temelli Yemeler

Aşağıda, ticari viability dramatik olarak sentetik biyoloji tarafından geliştirilmekte olan birkaç önemli biyo- bazlı çözücüdür. Her biri teknolojinin gücünün farklı bir yüzünü göstermektedir.

Bio-Ethanol

Etanol üretimi eski olsa da, modern sentetik biyolojisi, nükleus biyokütleleri güçlendirdi ve genişletildi - ehrin cerevizi artık sadece PO-ETDSM ve DuPont gibi şirketler tarafından üretilen ve emel biyokütleler - yelteneğin bir parçası - yeltenol verimli bir şekilde.

Bio-Butanol

Butanol, etanol ile kıyaslanmış özelliklerden üstündür: daha az uçucu, daha az yanlış su ile ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Sentetik biyoloji ana bariyeri aşmaktadır - butanol toksisitesinin mikropiğe karşı toksisitesi - ve elektriksel tolerans mekanizmaları ve sert;/güçlü-gt; (e.g.)

Ethylteri

Ethyl acetate, tırnakları, boyaları ve kimyasal ekstraksiyonlar için yaygın olarak kullanılan bir çözücüdür. Geleneksel olarak, maya susulasyonu ve ekstrakt; bu da yl acetatesi üretir.

Lactic Asit Esters

Şekerlerin fermentasyonları tarafından üretilen Lactic asit, alkollerle pnömatik bakteriler ve metil lactate gibi çözücüler oluşturmak için formüle edilebilir. Sentetik biyoloji ve yüksek çözünürlükte; ve polikonik asitler ve verimler ve metaller için ortalar; / metaller ve mayalar yoluyla, bu esterler maliyetle pahalıya mal edilir.

D-Limonene

Limonene, citrus soylarında bulunan bir terpenedir. Bu, reçineler, yağlar ve balmumu için mükemmel bir çözücüdür ve temiz ürünlerde ve doğal bir pestisit olarak kullanılır. S Sentetik biyoloji şimdi limon ve diğer terpene çözücüler aracılığıyla limonun üretimini sağlar;> citrus kaynakların ve tedarik dalgalanmalarını önlemek; / güçlü ve güçlü bir şekilde & diğer terpene çözücüler için sentetik bir biyoloji platformu geliştirdi.

Geleneksel Petrokimya Yollarında Avantajları

Sentetik biyolojiye dayalı çözücüler için zorlama sadece "yeşil" olmakla ilgili değildir. Teknoloji somut ekonomik ve performans avantajları sunar:

  • [FONT:0)Feedstock esnekliği: [Dönetici: [Dönetici:0) Mikrobiyot süreçleri, tarımsal atıklar, belediye katı atıkları ve singas ( CO ve H2) dahil olmak üzere çok sayıda yenilenebilir yemleme işlemine fayda sağlayabilir.
  • [FONT:0) Yüksek performanslı:[Dönetici:[Dönetici:0) Biyocatalytic yol yolları çevre sıcaklıklarında ve baskılarda çalışır, termokimyasal çatlaklardan daha az ürün verir.Bu basitleştirilmiş alt saf saf saf saf saf saflaştırma.
  • [FONT:0)Tailored özellikler:[Döneticileri seçerek sentetik biyologlar, hassas moleküler yapılarla çözücüler oluşturabilirler - örneğin, alt toksisite ile donatılmış veya belirli polimerler için geliştirilmiş devre dışı bırakabilirler.
  • [FONT:0) Düşük toksisite: [Dönetici: [Döneticileri, insan sağlığına genellikle daha az tehlikelidir. Birçok insan gıda-iletişim uygulamaları için genellikle güvenli (GRAS) olarak sınıflandırılmaktadır.
  • [FONT:0)Carbon azaltımı:[Dönetici değerlendirmeleri, sentetik biyoloji bazlı çözücülerin sera gazı emisyonlarını% 50-80 oranında, özellikle de fermentasyon aşamasında yenilenebilir enerji tarafından desteklenen% 50-80 azaltabileceğini gösteriyor.
[[0) “ ucuz yenilenebilir elektrik, gelişmiş genom mühendisliği ve proses intensifikasyonun yakınlaştırılması, biyo bazlı çözücülerin birçok uygulama için maliyete mal olması anlamına gelir. ”- Dr. Emily Thompson, sentetik biyoloji araştırmacısı Cambridge Üniversitesi'nde).

Endüstri ve Çevre Üzerine Etkisi

Sentetik biyolojinin termodisyonu zaten birden fazla endüstriyi yeniden şekillendiriyor. In < güçlü ve kaplamalar; / güçlü ve dayanıklı üretim-çevre; / Sherwin William William'ın ana üreticileri ve AkzoNobel'in kullanımı şimdi yüksek biyo bazlı içerikle, etli lactate veya biobutanol kullanarak; In < güçlü ve dayanıklı ürünler; farmasötik üretim-ltücükler; //sveçler; yeşil çözücü kurallar, biyo-bazlı seçeneklerle ilgili olarak, biyo-yapıcı ürünler için gerekli olan ölçekler için gerekli olan ölçeklendirmeler;

Çevre perspektifinden, faydaları sadece karbon ayak izinin ötesine uzanır. Bio bazlı çözücüler < güçlü ve sert olmayan; doğal ortamlarda velt;/güçlü-gt; su yolları ve topraktaki kimyasal kirliliğin kalıcılığını azaltmak.

Ancak, potansiyel arazi kullanım kaygılarını kabul etmek önemlidir.Eğer çözücü üretim özel enerji bitkileri (örneğin, mısır veya şekerli), gıda üretimi ile rekabet edebilir ve dolaylı arazi kullanımı için gereklidir. Neyse ki, sentetik biyoloji şimdiye kadar yiyecek olmayan biyokütmeler veya tarım ürünlerine güvenmektedir; ve sentetik biyoloji ile doğrudan dönüşüm keşfediyor.

Ölçeği ve Çözümleri Ölçeği Ölmüş

Etkileyici ilerlemeye rağmen, sentetik biyolojiye dayalı olarak kullanılan çözücüler gerçekten yaygın bir kabul elde ederler.

Ürün Zehiri

Birçok çözücü (özellikle de butanol, orta zincirli alkol ve terpenes) mikro-organizme yüzde birkaç üzerinde yoğunlaşmak için toksiktir. sentetik biyoloji gelişmiştir, velt; ürün titricileri hala yüksek verim için ekonomik eşiklerin altındadır; / ve güçlü membranların yeniden üretilmesine izin verirken, membranların çıkarılmasını sağlar.

Feedstock Maliyet ve Variability

Operasyon maliyetlerinin önemli bir kısmı için ucuz şeker hesabı bile. S Sentetik biyoloji bunu hemalerjik, hem de C1-karbon assiilasyon (e.g., formatlı, mol) olarak kullanarak, CO2 kullanan bir kanal olarak da adlandırılır.

Fermentation Scale-Up

Bir salaktan 200.000 ilaca bir fermentoraya kadar hareket etmek, endüstriyel koşullar altında üretken kalmanın (düşük oksijen, yüksek osmotik stres, pH'ın kullanımı) ve termofilik organizmaların (örneğin, sentetik biyolojisi, sağlam ve sağlam bir şekilde) kullanımı )

Düzenleme ve Pazar Kabul

Biyo temelli çözücüler, son kullanıcılar ve düzenleyici kurumlar tarafından tanımlanabilen özellikleri karşılamalıdır (örneğin, ABD'de AA TSCA, (mühendislikli mikroorganizm, genetik olarak mühendisi DNA'nın kullanılmasıyla birlikte tahrip edilebilir). Ancak, birçok işlem ve güçlü; ABD'de Biyopresyon ve non-optik olmayan ürünler ve/güçlü-gt; (mühendis mikroorganizm) Biyo-yapıcı olmayan biyolojik olarak yok edilir.

Vaka Çalışmaları: Şirketler Yoluna Lider

Genoma'nın Bio-BDO

Genom, San Diego'ya dayanan sentetik biyoloji şirketi, 1.4-amaanediol (BDO) direkt olarak yenilenebilir şekerlerden elde edilen mikro-organizm geliştirdi ve BDO, BASF ve Novamont gibi ortaklarla ticari ölçekde gösterilmiştir; ve güçlü; işlem, petrokimyasal rota velt ile% 50'den fazla karbonatın azaltılmasına kıyasla % 50'den fazla bir mikro-organizm azaltmaktadır.

Gevo'nun Isobutanol

Gevo mayın ve dördül:0)E. coli[Döneticileri üretmek için kullanılan (Dvo,) ve şimdi ABD'deki ticari bir üretim tesisinden oluşuyor. Isobutanol doğrudan bir çözücü olarak kullanılabilir, ancak aynı zamanda jet yakıt ve plastiklere dönüştürülür;/güçlü ve performansa dönüşen; yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir potansiyele işaret ediyor.

Lygos' Specialty Terpenes

Berkeley, Kaliforniya'da bulunan Lygos, sentetik biyolojiyi, limon ve çam gibi şekerli çözücüler üreterek, aşırı derecede yüksek derecede yüksek enerjili mayınlar ve betonlar üretmiştir.

Future Perspektifleri

Sentetik biyolojinin çözücü üretim noktalarının biyo tabanlı alternatifler sadece niş “yeşil” seçenekler değil, varsayılan seçim ortaya çıkıyor. Birkaç heyecan verici yol ortaya çıkıyor.

Tailored Properties ile Tasarımcılar

Metabolik yol veritabanı genişletilebilir ve hesaplamalı tasarım araçları geliştirirken, araştırmacılar orta zincirli yağ asit esterleri, belirli profiller ve kaplamalar için tam olarak ayarlanabilir;/güçlü-gt;: belirli bir kaybolma noktası, kutupluluk veya çözünürlük parametresi. Örneğin, bir mühendis mayınozyumlu asit esterler, tam olarak ayarlanmış buharlı buharlı buhar molekülleri, baskı veya kaplamalar için tam olarak bir çözücüyü verebilir.

ElektroMikrobial Prodüksiyon

Elektrokanaliz ile sentetik biyolojiyi birleştirmek - enerji veya CO2 azaltımı ürünlerini azaltmak için yenilenebilir elektrik üretmek - NovoNutrients gibi şirketler tarafından doğrudan bu karma rotayı keşfediyor.

On-Demand Manufacturing için Hücresiz Sistemler

Sentetik biyoloji, hücreli viability'i korumak ve toksik ortaların kullanımını sağlamakla sınırlı değildir; Talep edilen enzimler veya hücreler için; kontrollü, bir boya fabrikasındaki çözücüler (örneğin, bir boya fabrikasında) büyük ölçüde ulaşım ve depolama maliyetlerini azaltılabilir.

Geometrik Biyo-ekonomies

Gelecekteki endüstriyel peyzaj, biyorefineries ile entegre edilmiş fermentasyon tesislerini şekerlere, ligin'e ve diğer akışlara görebilecektir. Sentetik biyoloji bazlı çözücü üretimi genel bir teknoloji parçası olacak ve dairesel ekonomiyi güçlendirecektir; güçlü ve güçlü;zero-waste sistemi & sert; / />: Şekerler çözücülere, ligin to aromaticse ve sol hücreye kadar biyogaz veya fertiliteye kadar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sentetik biyoloji sadece termodisyon üretiminde artış değildir - bir < güçlü vegt; bir zamanlar biyolojik olarak kullanılan termodisyonların kurallarını yeniden yazmaktadır; / güçlü ve güçlü bir şekilde, mikro-organizme dönüşerek, programlanabilir fabrikalar, bilim adamları ve mühendisler, temel çevresel avantajları sunan bir büyüme paketidir.

Yol ileriye dönük olarak yatırımın, mühendislik, süreç gelişimi ve destekleyici düzenlemelerde devam etmesini gerektirir.Ama potansiyel ödeme süresi çok büyüktür: ve güçlü hava, daha güvenli işyerleri ve iklimden arındırılmış olan kimyasal endüstri, biyosfer ve zemin ile uyumlu; ve şimdi bu teknolojileri benimseyen şirketler için, rekabetçi avantaj önemli olacaktır.

[0]Daha fazla okuma için:[Dönem:[Dönem:0)

  • [Üye Olmayanlar: A Review” [Dönemli Paralar: A Review”[Dönemli: 1)
  • [0]Doğa Biyoteknolojisi – “Kimyasal üretim için Sentetik biyoloji”[Dönemli: 1)
  • [FONT=0)Genomatica – Bio-BDO Process).
  • [FONT:0)Gevo – Isobutanol Teknolojisi).
  • [0] Avrupa Parlamentosu – Biyo temelli Kimyasallar ve Yakıtlar (politika genel bakış)).