I cambiamenti climatici e l’esaurimento dei combustibili fossili hanno aumentato la necessità globale di produzione chimica sostenibile. In risposta a queste sfide ambientali, le fabbriche di cellule microbiche stanno attirando l’attenzione come piattaforme ecologiche per la produzione di sostanze chimiche utilizzando risorse rinnovabili, mentre le tecnologie di ingegneria metabolica per migliorare queste fabbriche cellulari stanno diventando strumenti cruciali per massimizzare l’efficienza della produzione. Tuttavia, le difficoltà nella selezione di ceppi microbici adeguati e l’ottimizzazione di percorsi metabolici complessi continuano a rappresentare ostacoli significativi alle applicazioni industriali pratiche.
Kaist (il presidente Kwang-hyung Lee) ha annunciato il 27 marzo che il distinto professore ha cantato il team di ricerca di Lee nel Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare ha valutato in modo completo le capacità di produzione di varietà di cellule microbiche industriali che utilizzano ingegneri di cellule industriali nonché in termini di messaggistica microbica industriale e ingegneri di messaggistica microbica.
In precedenza, i ricercatori avevano tentato di determinare i migliori ceppi e strategie di ingegneria metabolica efficienti tra numerosi candidati microbici attraverso estesi esperimenti biologici e meticolosi processi di verifica. Tuttavia, questo approccio ha richiesto tempo e costi sostanziali. Recentemente, l’introduzione di modelli metabolici su scala del genoma (GEMS), che ricostruiranno le reti metaboliche all’interno di un organismo basato su tutte le sue informazioni sul genoma, ha consentito l’analisi sistematica dei flussi metabolici tramite simulazioni di computer. Questo sviluppo offre un nuovo modo per superare i limiti degli approcci sperimentali convenzionali, rivoluzionando sia la selezione del ceppo che la progettazione del percorso metabolico.
Di conseguenza, il team del professor Lee presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare, Kaist, ha valutato le capacità di produzione di cinque microrganismi industriali rappresentativi-Escherichia coli, Saccharomyces Cerevisiae, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum e Pseudomonas Putida-per 235 Bio-Based Based Based. Usando le gemme, i ricercatori hanno calcolato sia i rendimenti teorici massimi sia i rendimenti massimi raggiungibili in condizioni industriali per ciascuna sostanza chimica, stabilendo così criteri per identificare i ceppi più adatti per ciascun composto target.
Il team ha proposto strategie specificamente come l’introduzione di reazioni enzimatiche eterologhe derivate da altri organismi e lo scambio di cofattori utilizzati dai microbi per espandere le vie metaboliche. È stato dimostrato che queste strategie aumentano i rendimenti oltre le innate capacità metaboliche dei microrganismi, con conseguente maggiore produzione di sostanze chimiche industrialmente importanti come acido mevalonico, propanolo, acidi grassi e isoprenoidi.
Inoltre, applicando un approccio computazionale per analizzare i flussi metabolici in silico, i ricercatori hanno suggerito strategie per migliorare i ceppi microbici per massimizzare la produzione di vari prodotti chimici. Hanno identificato quantitativamente le relazioni tra reazioni enzimatiche specifiche e produzione chimica target, nonché le relazioni tra enzimi e metaboliti, determinando quali reazioni enzimatiche dovrebbero essere up o down-regolate. Attraverso questo, il team ha presentato strategie non solo per ottenere alti rendimenti teorici, ma anche per massimizzare le capacità di produzione effettive.
La dott.ssa Gi Bae Kim, il primo autore di questo documento del Kaist Bioprocess Engineering Research Center, ha spiegato: “Introducendo percorsi metabolici derivati da altri organismi e scambiando i cofattori, è possibile progettare nuove fabbriche di cellule microbiche che superano le limitazioni esistenti. Le strategie presentate in questo studio svolgeranno un ruolo puntuale nella produzione più a base di cellule microbiche.” Inoltre, il distinto professore Sang Yup Lee ha osservato: “Questa ricerca funge da risorsa chiave nel campo dell’ingegneria metabolica dei sistemi, riducendo le difficoltà nella selezione dei ceppi e nella progettazione del percorso e consentendo uno sviluppo più efficiente di fabbriche di cellule microbiche.
Questa ricerca è stata condotta con il supporto dallo sviluppo delle tecnologie della piattaforma delle fabbriche di cellule microbiche per il progetto di biorafinerie di biorano di prossima generazione e lo sviluppo di tecnologie di fonte di biologia sintetica avanzata per la guida del progetto del settore della biomandazione (leader del progetto: il distinto professore Sang Yup Lee, Kaist) da parte del National Research Foundation sostenuto dal ministero e dal Ministero della Corea.
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