Ectoine (1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinekarboxylová kyselina,CAS: 96702-03-3), přirozená ochranná molekula, vykazuje výjimečnou vodu - retenční kapacita-80krát vyšší než u glycerolu. Účinně vyrovnává osmotický tlak přes buněčné membrány, stabilizuje struktury proteinů a makromolekul a chrání biologické systémy za extrémních podmínek prostředí. Vzhledem k těmto pozoruhodným vlastnostem byl ectoin široce aplikován v průmyslových odvětvích, jako je kosmetika a zemědělství.
V roce 2023 dosáhla velikost globálního trhu ektoinu 70 milionů, adotis očekávala, že do roku 2032 5,4100 milionů) 5,4100 milionů do roku 2032.
Nedávno výzkumný tým vedený profesorem Jiang Min z Nanjing Tech University zveřejnil studii v prestižním časopise ACS Syntetic Biology. Příspěvek je nazván „Vysoká produkce ektoinu z lignocelulózového hydrolyzátu Escherichia coli prostřednictvím metabolického a fermentačního inženýrství“.
Vědci vytvořili modul syntézy ektoinu vE. colia zmírnil míru - omezující kroky, což umožnilo syntézu 115,15 g/l ektoinu pomocí glukózy v 5 l bioreaktoru. Když byl jako zdroj uhlíku použit hydrolyzát pšeničné slámy, dosáhl výtěžek ektoinu 134,08 g/l (s produktivitou 0,33 g/g). To představuje nejvyšší úroveň syntézy ectoinu mikroorganismy používajícími nízký - k dnešnímu dni, což poskytuje technickou podporu pro průmyslovou výrobu ektoinu. Doktorský kandidát Feng Yifan je prvním autorem článku, zatímco profesor Xin Fengxue a docent Jiang Wankui jsou odpovídajícími autory.
Nejprve vědci integrovaliectabcgenový klastr odvozený z halofilní bakterieHalomonas VenustaDo genomuE. coliMG1655, dosažení heterologní syntézy ektoinu vE. coli.
Obrázek|Konstrukce metabolického inženýrství produkce ektoinu vE. coli
Aby se vyřešil problém metabolického toku fosfoenolpyruvátu (PEP) v hostiteli, vědci použili CRISPR - CAS9 Technology k vyřazení genu CRR - klíčový gen ve fosfotransferázovém systému (PTS). To přesměrovalo metabolický tok směrem k oxaloacetátu (OAA), čímž se zvýšilo výtěžek ektoinu z 0,56 g/l na 1,27 g/l.
Prostřednictvím rychlosti - Omezující analýza enzymu kombinující experimenty s fermentací a nadměrnou expresí bylo zjištěno, že aspartát kináza lysc byla metabolickým úzkým problémem. Proto, po nadměrném exprimování své zpětné vazby - odolný mutant Eclysc*, byl výtěžek chvění baňky ektoinu dále zvýšen na 2,51 g/l.
Obrázek|Eliminace rychlosti - Omezující kroky v dráze syntézy ectoine
Systematická optimalizace středních složek - včetně typů a koncentrací zdrojů uhlíku a zdrojů dusíku, jakož i koncentrace chloridu sodného a síranu hořečnatého - dále výrazně zlepšily účinnost syntézy. V 5 l bioreaktoru vědci zjistili, že inhibiční účinek glukózy na syntézu ektoinu by mohl být zmírněn přijetím dynamicky kontrolované strategie krmení (udržování zbytkové koncentrace glukózy 1,0 g/l). Mezitím po optimalizaci doby přidání induktoru k rovnováze růstu buněk a syntézy ektoinu dosáhl výtěžek ektoinu 115,15 g/l.
Obrázek|Optimalizace procesu fermentace
Pro dosažení nízké produkce nákladů - byla glukóza nahrazena hydrolyzátem pšeničné slámy. Přesnou kontrolou strategií doplňování zdroje uhlíku a regulací výživy dosáhl konečný výnos 134,08 g/l (výnos 0,33 g/g cukru, účinnost produkce 3,7 g/l/h), což je nárůst o 17% ve srovnání s čistým glukózovým systémem a dosáhl dosud nejvyšší úrovně pro dosud hlášenou úroveň pro syntézu ektoonu.
Obrázek 1|Použití lignocelulózového hydrolyzátu jako zdroje uhlíku pro produkci ektoinu
Tento výzkum demonstruje strategii, kde Escherichia coli prostřednictvím metabolických a fermentačních inženýrských modifikací účinně využívá lignocelulózový hydrolyzát k výrobě ektoinu. Poskytuje novou cestu pro nízké - náklady a ekologické biomanufakturing. Použitím multi - dimenzionálních inženýrských strategií kombinuje levné suroviny s účinnou biosyntézou. To nejen zvyšuje průmyslový potenciál produkce ectoinu, ale také nabízí reference pro bioomanufakturing jiných vysokých - hodnoty - přidaných sloučenin.
Zřeknutí se odpovědnosti: Cílem tohoto článku je zprostředkovat nejnovější informace v syntetické biologii a nepředstavuje postoj platformy. Nepředstavuje žádné investiční poradenství ani návrhy a převládá oficiální oznámení/společnost. Tento článek také není doporučením plánu léčby. Pro vedení plánu léčby se obraťte na běžnou nemocnici.
