Остановка эволюции делает биопроизводство химикатов экономически выгодным и эффективным

Биопроизводство химических веществ с использованием инженерных микроорганизмов сегодня стало обычной практикой, но лишь немногие биопроцессы работают в больших объемах ферментации, необходимых для промышленности. Долгое время отсутствие успешного масштабирования было одной из важнейших проблем, которую необходимо решить инженерам, чтобы заменить нефтехимическое производство биохимическим.

Ключевая проблема заключается в том, что биопроизводство в крупных ферментерах ограничено токсичностью и стрессом, которые позволяют эволюции снизить или прекратить производство химикатов инженерными клетками. Это делает коммерциализацию биохимических производственных систем дорогой и сложной, особенно когда требуются большие объемы химикатов.

Новое исследование, проведенное учеными из Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability и опубликованное в PNAS, предлагает решение: клетки можно перепрограммировать, чтобы преодолеть это эволюционное давление и стабильно производить высокие уровни ценных химических веществ.

Ключевая идея — перестроить производственные клетки так, чтобы они росли только при высокой концентрации продукта внутри себя. Таким образом можно обойти эволюцию, и клетки смогут производить биохимикаты в промышленных масштабах.

Механизм решения — использование молекулярного биосенсора, который чувствует продукт (мевалонат) внутри клетки. Этот биосенсор способен отключать рост клетки, если концентрация продукта падает ниже определенного уровня.

Практическое значение:

• Это позволяет поддерживать продуктивность клеток даже при их делении для заполнения больших ферментационных танков.
• Концепция помогает преодолеть разрыв между исследованиями в лабораторных колбах и промышленной потребностью в больших объемах.
• Решение устраняет одно из основных препятствий для инвестиций в биохимическое производство.

В настоящее время исследовательская группа сотрудничает с биотехнологическими компаниями, чтобы изучить и решить проблему эволюции в существующих промышленных ферментерах. Промышленность видит большой потенциал в решении этой проблемы, что может стать шагом к более эффективному и доступному крупномасштабному биопроизводству.