Системная метаболическая инженерия: 10 стратегий для создания промышленных микробных штаммов
Традиционные нефтехимические процессы вызывают экологические проблемы и зависят от невозобновляемых ресурсов. В качестве решения развивается метаболическая инженерия — создание промышленных микробных штаммов для сверхпродукции полезных химикатов из возобновляемой биомассы.
Однако многие академические проекты не доходят до рынка из-за разрыва с промышленными биопроцессами. Профессор Санг Юп Ли и доктор Хён Ук Ким из KAIST предложили десять стратегий системной метаболической инженерии, объединяющей традиционные подходы с инструментами системной биологии, синтетической биологии и молекулярной эволюции.
Стратегии, опубликованные в Nature Biotechnology (октябрь 2015), охватывают как биологические методы, так и аспекты биопроцесса:
- Проектный дизайн, включая экономическую оценку целевого биопродукта.
- Выбор штамма-хозяина для сверхпродукции.
- Реконструкция метаболического пути для продуктов, не производимых хозяином естественно.
- Повышение толерантности хозяина к биопродукту.
- Устранение негативных регуляторных цепей, ограничивающих производство.
- Перенаправление внутриклеточных потоков для оптимизации кофакторов и предшественников.
- Диагностика и оптимизация метаболических потоков к продукту.
- Диагностика и оптимизация условий культивирования (включая источники углерода).
- Системные генетические манипуляции для повышения продуктивности с помощью высокопроизводительных и вычислительных инструментов.
- Масштабирование ферментации и проверка воспроизводимости продуктивности штамма.
Стратегии проиллюстрированы успешными примерами:
- Производство L-аргинина с помощью Corynebacterium glutamicum.
- Производство 1,4-бутандиола с помощью Escherichia coli.
- Производство L-лизина и бионайлона с помощью C. glutamicum.
«Эти стратегии могут служить руководством для создания промышленных штаммов. Мы надеемся, что они повысят шансы коммерциализации академических разработок и заменят значительную часть нефтехимических процессов на устойчивые биопроцессы», — отметил профессор Санг Юп Ли.