Ускорение разработки биологических систем для устойчивого биопроизводства
Исследователи из Северо-Западного университета создали новую систему быстрого прототипирования iPROBE (in vitro Prototyping and Rapid Optimization of Biosynthetic Enzymes*), которая сокращает время разработки биологических систем для устойчивого биопроизводства с месяцев до недель.
Как работает iPROBE?
Платформа обходит ограничения, связанные с инженерией живых организмов, используя бесклеточный синтез белка для производства ферментов в пробирках. В сочетании с вычислительными алгоритмами от Lockhart Martin система позволяет:
- Быстро изучать соотношения ферментов в пути синтеза.
- Настраивать отдельные ферменты в контексте многоступенчатого пути.
- Отбирать высокопроизводительные ферменты и находить ферменты с оптимальной функциональностью.
"Мы сделали за две недели то, что традиционно занимало от 6 до 12 месяцев", — заявил руководитель исследования Майкл Джуэтт.
Практическая проверка на Clostridium
Для проверки системы исследователи разработали оптимальные пути биосинтеза для 3-гидроксибутирата (3-HB) и бутанола в бактерии Clostridium autoethanogenum. После идентификации оптимальных путей in vitro их передали в компанию Lanzatech. Применение этих путей привело к 20-кратному увеличению производства 3-HB в промышленном штамме Clostridium.
Синтез лимонена и стирола
- В исследовании, опубликованном в Metabolic Engineering, iPROBE использовали для оптимизации синтеза лимонена (терпена с запахом цитрусовых). Система позволила изучить сотни комбинаций ферментов за недели, что устанавливает новый стандарт скорости биодизайна.
- В другой работе в том же журнале с помощью iPROBE удалось синтезировать стирол (нефтехимический продукт для упаковки) в рекордном количестве на сегодняшний день для биохимических подходов без дополнительных усовершенствований процесса.
"Это открывает путь к переходу от производственных процессов, зависящих от ископаемого топлива, к более устойчивым стратегиям на основе биосинтеза", — отметил Джуэтт.