科学家找到从基因上“开启”细菌来生产高价值化学物质的方法

2021年06月09日 10:56 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,生物燃料和制药中使用的高价值化学品可以通过改变细菌的化学成分来生产新产品。华威大学的研究人员发现了一种大大降低开启这些开关成本的方法。我们生活中使用的几乎所有东西都有使用了化学物质-从食品防腐剂到药品和化妆品甚至生物燃料。

由于其中许多都是石化衍生物,所以它们的合成是不可持续的。因此寻找工业规模、可持续和廉价生产化学品的替代方法至关重要从而为更绿色、更清洁的未来铺平道路。

细菌可以被看作是自然界的微型化学工厂,许多研究人员正试图了解它们复杂的化学反应网络是如何被重新连接起来的,从而能让们将廉价的原料如葡萄糖转化为人们使用的实用化学产品。利用基因开关来改变细菌的化学性质是合成生物学领域中一项令人兴奋的发展。

通常情况下,基因开关是通过添加一种叫做诱导剂的化学物质来开启的。然而,诱导剂价格昂贵且常常需要不断地添加以防止开关重新关闭,这类似于“带弹簧的电灯开关”,当松开开关时它就会关闭。这使得这种转换方法成本高昂,因此扩大到工业生产在经济上是不可行的。

现在,在一篇发表在《Nature Communications》上的论文《Designing an irreversible metabolic switch for scalable induction of microbial chemical production》中,来自华威大学工程学院的研究人员发现了一种将细菌转换为化学物质生产模式的廉价方法。

在华威大学工程学院综合合成生物学中心的Ahmad A. Mannan博士和Declan G. Bates教授的领导下,新理论研究研究了如何利用来自大肠杆菌的生物传感器来制造开关,这些传感器会对廉价的天然营养物质如油酸做出反应。通过利用数学模型和反馈控制回路的工程原,研究人员发现了如何在细菌中设计一种基因开关从而消除恢复“弹簧”的方法--只要添加一种廉价的天然营养物质就可以永久地将电池转换为化学生产模式以此达到大幅降低成本的目标。

华威大学工程学院综合合成生物学中心的Ahmad Mannan博士评论道:“让细菌永久进入化学生产模式的能力是实现从微生物中大规模生产经济上可行的巨大进步。该开关应广泛适用于许多工业相关的微生物和几乎任何化学合成-合成生物学工具箱的通用组件。我们研究的下一步将是揭示原理以了解在化学路线图中应用这种‘交通灯’的位置,也许还会寻求跟工业合作使其能很容易地融入到现有的发酵过程中。”

华威大学工程学院综合合成生物学中心的Declan Bates教授还补充称:“通过使用先进的合成生物学技术,我们的工作已经为在实验室构建拟议中的不可逆开关奠定了框架。我们的工作不仅可以改变化学工业生产高价值化学品的方式,还有助于实现人类如何摆脱对不可再生资源的依赖以实现可持续的生物化学合成进而为一个更绿色、更清洁的未来做出贡献。”

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