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化学工程师促进细菌生产有用的化学品

麻省理工学院的化学工程师团队设计了一项新技术,通过关闭细胞中竞争性代谢途径,大大促进细菌产生有用化学物质。在2月13日出版的“自然生物技术”杂志上发表的一篇论文中,研究人员表明他们可以显着提高葡萄糖酸的产量,葡萄糖酸是一种产品,如尼龙和洗涤剂的前体这种基因开关也可以很容易地转换成产生其他产品的细菌,研究人员说:“我们可以设计微生物细胞产生许多不同的产品来自单糖的化学物质,但细胞更愿意使用这些糖来生长和繁殖。挑战在于设计一个系统,让我们获得足够的生长来拥有一个高效的微生物“化学工厂”但不是太多以至于我们无法通过将糖转化为制造大量目标分子的途径,“副教授Kristala Prather说麻省理工学院化学工程专家和该研究的高级作者该论文的主要作者是麻省理工学院研究生Apoorv Gupta。其他作者是Irene Brockman Reizman,前麻省理工学院研究生,现为Rose-Hulman理工学院助理教授;和麻省理工学院前博士后的Christopher Reisch现在是佛罗里达大学的助理教授一个动态的转换几十年来,科学家一直在操纵微生物的基因,让他们生产大量的产品,如胰岛素或人类生长激素这可以通过简单地添加所需产品的基因或增加现有基因的表达来实现。最近,研究人员一直试图设计微生物来生成更复杂的产品,包括药物和生物燃料。这通常需要添加几种编码酶的基因催化整个合成的每个步骤在许多情况下,这种方法还需要关闭已经存在于细胞中的竞争途径。然而,这种关闭的时机非常重要,因为如果竞争途径是细胞生长所必需的,则将其关闭限制种群大小,细菌不会产生足够的所需化合物Prather's l ab先前已经通过添加三个基因来设计大肠杆菌来生产葡萄糖酸 - 一个来自酵母,小鼠和一个叫做丁香假单胞菌的细菌菌株。使用这三个基因,细菌可以将一种叫做葡萄糖-6-磷酸的化合物转化为葡糖二酸。 ,葡萄糖-6-磷酸也是一个关键代谢途径的中间体,它可以分解葡萄糖并将其转化为需要生长和繁殖的能量细胞。为了产生大量的葡萄糖酸,研究人员必须想出一种方法来关闭沿葡萄糖分解途径,允许葡萄糖-6-磷酸被转移到他们的替代代谢途径但是,他们必须小心地关闭时间,以便细胞群足够大以产生大量的葡糖二酸更重要的是,他们希望这样做,不添加任何新化学品或以任何方式改变工艺条件“这个想法是自动阻止细胞生长,中途为了实现这一目标,研究人员利用了一种被称为群体感应的现象,许多种类的细菌都会使用它来协调生产运行,以便他们可以将所有可用的葡萄糖糖真正集中在葡萄糖酸生产中。基因调控以应对其人口密度除了添加葡萄糖酸生成基因外,研究人员还研究了每个细胞产生的蛋白质,它合成了一种叫做AHL的小分子。细胞将这种分子分泌到它们的环境中,当浓度分布在它们周围时细胞到达某一点,它激活一个开关,使所有细胞停止产生一种叫做磷酸果糖激酶(Pfk)的酶,这是葡萄糖分解途径的一部分。当这种酶关闭时,葡萄糖-6-磷酸累积并转向进入产生葡糖二酸的替代途径通过构建以不同速率产生AHL的细胞库,re搜索者可以确定触发关闭Pfk的最佳时间使用此开关,研究人员能够产生大约0每升细菌混合物8克葡萄糖酸,而设计产生葡萄糖酸但没有代谢开关的细胞几乎不产生任何替代途径这种类型的开关也应该适用于其他工程代谢途径因为遗传电路关闭其他基因为了证明这种多样性,研究人员用代谢途径测试了他们的方法,这种途径产生了一种叫做莽草酸的分子,这种分子是几种不同氨基酸的前体,也是一些药物的成分,包括流感药物Tamiflu他们使用AHL群体感应分子来关闭一种在氨基酸合成途径中进一步移动莽草酸的酶,允许莽草酸在细胞中积聚而没有开关,细胞不会积累任何莽草的“这篇论文显示了动态调节通路通量的巨大潜力,特别是此处开发的群体感应系统,wh ich允许在不同条件下(包括实验室和工业环境)精确调节外来途径因此,进一步投资以观察在动态代谢工程条件下生产更多增值产品非常重要,“微生物学教授陈国强说。清华大学的生物材料和未参与研究的生物材料麻省理工学院的团队正在研究建立多层自主控制的策略,允许他们关闭一条通路,同时又转向另一条通路。该研究由国家资助科学基金会,美国国立卫生研究院和美国农业部出版物:Apoorv Gupta等,“使用独立于通路的群体感应回路动态调节工程菌中的代谢通量”,Nature Biotechnology(2017)doi: 101038 / nbt3796来源:

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