Ectoină (1,4,5,6-tetrahidro-2-metil-4-pirimidinecarboxilic acid,CAS: 96702-03-3), o moleculă de protecție naturală, prezintă o apă excepțională - capacitatea de retenție-80 de ori mai mare decât cea a glicerolului. Acesta echilibrează efectiv presiunea osmotică pe membranele celulare, stabilizează structurile proteinelor și macromoleculelor și protejează sistemele biologice în condiții extreme de mediu. Datorită acestor proprietăți remarcabile, ectoina a fost aplicată pe scară largă în industrii precum produse cosmetice și agricultură.
În 2023, dimensiunea pieței globale a ectoinei a atins 70 de milioane, Anditis se aștepta latocontinuegrowingaCompoundannualGrowthrat (CAGR) de 5,4100 milioane până în 2032.
Recent, o echipă de cercetare condusă de profesorul Jiang Min de la Universitatea Nanjing Tech a publicat un studiu în prestigiosul jurnal ACS Synthetic Biology. Lucrarea este intitulată „Producție ridicată de ectoină din hidrolizat lignocelulozic de Escherichia coli prin inginerie metabolică și de fermentație”.
Cercetătorii au construit un modul de sinteză a ectoinei înE. coliși a ușurat rata - etape de limitare, permițând sinteza de 115,15 g/l ectoină folosind glucoză într -un bioreactor de 5 l. Când a fost utilizat hidrolizat de paie de grâu ca sursă de carbon, randamentul de ectoină a ajuns la 134,08 g/L (cu o productivitate de 0,33 g/g). Aceasta reprezintă cel mai înalt nivel de sinteză a ectoinei prin microorganisme folosind până în prezent biomasa costului scăzut -, oferind suport tehnic pentru producția industrială de ectoină. Candidatul doctoral Feng Yifan este primul autor al lucrării, în timp ce profesorul Xin Fengxue și profesorul asociat Jiang Wankui sunt autorii corespunzători.
În primul rând, cercetătorii au integratectabcCluster de gene derivat din bacteria halofilăHalomonas VenustaEct în genomulE. coliMG1655, realizând sinteza heterologă a ectoinei înE. coli.
Figura|Construcția de inginerie metabolică a producției de ectoină înE. coli
Pentru a aborda problema diversiunii fluxului metabolic de fosfoenolpiruvat (PEP) în gazdă, cercetătorii au folosit tehnologia CRISPR - Cas9 pentru a elimina gena CRR - o genă cheie în sistemul fosfotransferazei (PTS). Aceasta a redirecționat fluxul metabolic către oxaloacetat (OAA), crescând randamentul de ectoină de la 0,56 g/L la 1,27 g/L.
Prin rata - limitarea analizei enzimelor care combină experimentele de fermentare și supraexpresie, s -a constatat că aspartatul kinazei LYSC a fost blocajul metabolic. Prin urmare, după supraexprimarea feedback -ului său - mutant rezistent EclySc*, randamentul de ectoină de ectoină a fost crescut în continuare la 2,51 g/L.
Figura|Eliminarea ratei - Limitarea pașilor în calea de sinteză a ectoinei
Optimizarea sistematică a componentelor medii - incluzând tipurile și concentrațiile surselor de carbon și sursele de azot, precum și concentrațiile de clorură de sodiu și sulfat de magneziu - au îmbunătățit semnificativ în mod semnificativ eficiența sintezei. Într -un bioreactor de 5 L, cercetătorii au descoperit că efectul inhibitor al glucozei asupra sintezei ectoinei ar putea fi atenuat prin adoptarea unei strategii de hrănire controlate dinamic (menținând o concentrație reziduală de glucoză de 1,0 g/L). Între timp, după optimizarea timpului de adăugare a inductorului pentru a echilibra creșterea celulelor și sinteza ectoinei, randamentul de ectoină a atins 115,15 g/L.
Figura|Optimizarea procesului de fermentare
Pentru a obține producția de costuri scăzute -, glucoza a fost înlocuită cu hidrolizat de paie de grâu. Prin controlul precis al strategiilor de suplimentare a surselor de carbon și a reglării nutriționale, randamentul final a atins 134,08 g/L (randament de 0,33 g/g zahăr, eficiență de producție de 3,7 g/l/h), o creștere de 17% în comparație cu sistemul de glucoză pură și a atins cel mai înalt nivel raportat până acum pentru sinteza ectoinei folosind lignoceluloza hidrolytat.
Figura 1|Utilizarea hidrolizatului lignocelulozic ca sursă de carbon pentru producția de ectoină
Această cercetare demonstrează o strategie în care Escherichia coli, prin modificări de inginerie metabolică și de fermentație, utilizează eficient hidrolizat lignocelulozic pentru a produce ectoină. Oferă o nouă cale pentru costul scăzut - și biomanufacturarea ecologică. Utilizând strategii de inginerie dimensională multi -, combină materii prime ieftine cu biosinteză eficientă. Acest lucru nu numai că avansează potențialul industrial al producției de ectoine, dar oferă și o referință pentru biomanufacturarea altor compuși adăugați - -.
Disclaimer: Acest articol își propune să transmită cele mai recente informații în biologia sintetică și nu reprezintă poziția platformei. Nu constituie niciun sfat de investiții sau sugestii, iar anunțurile oficiale/companiei vor predomina. Acest articol nu este, de asemenea, o recomandare a planului de tratament. Pentru îndrumarea planului de tratament, vă rugăm să consultați un spital obișnuit.
