Эволюция ограничивает крупномасштабное биопроизводство

Переход к устойчивому производству химикатов на биологической основе важен для "зеленого" роста, но производительность и выход продукта в инженерных клетках часто падают при масштабировании до промышленных ферментационных процессов. Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что роль эволюции в ограничении таких биопроцессов недооценивалась.

Используя новый метод ультраглубокого секвенирования ДНК тысяч клеток, ученые обнаружили, что эволюционные механизмы ограничивают масштабирование с помощью более широкого и быстрого спектра мутаций, чем считалось ранее.

Ключевые выводы:

• Эволюция субпопуляций непродуцирующих клеток приводит к потере производства в промышленных масштабах.
• Скорость эволюции зависит от продукта, но она может укладываться в промышленные временные рамки.
• Основными причинами были неожиданные генетические нарушения и перестройки, а не классические медленные точечные мутации (SNPs).
• Мутанты, которые в итоге приводили к полной потере продукции, можно было обнаружить на очень ранней стадии при частоте ниже 0,1%.
• В лабораторных условиях эти мутанты не играли негативной роли, но их преимущество (отсутствие затрат на производство) предопределяло масштаб снижения выхода при увеличении продолжительности промышленного процесса.

«Мы можем использовать это понимание, чтобы перепроектировать наши клеточные фабрики для более эффективного производства в промышленных масштабах», — говорит профессор Мортен Соммер из Технического университета Дании.

Исследователи предлагают компаниям, работающим в промышленных масштабах, использовать глубокое секвенирование популяций ферментации для оценки масштабов вредной эволюции, что, как ожидается, может существенно улучшить коммерческие биопроцессы.