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该系统与洛克希德马丁公司(Lockheed Martin)开发的计算设计算法相结合,可以快速研究途径酶的比例,在所需的多步途径的背景下调节单个酶,筛选高性能酶,并发现具有最佳功能的酶。这个新平台称为生物合成酶的体外原型设计和快速优化(iPROBE),提供了一个快速而强大的设计-构建-测试框架,以发现细胞代谢工程的最佳生物合成途径,这可能会影响来自以下领域的一系列行业(或问题)消费产品的清洁能源。
尽管过去的努力已经尝试使用诸如大肠杆菌的活生物体来合成该分子,但是苯乙烯的天然毒性限制了其生产能力。在短短几周内,iPROBE的无细胞方法导致了数百种酶组合的探索,从而合成了柠檬烯。
这太慢了,无法应对气候变化等挑战以及我们面临的其他快速增长的问题。当前的测试方法要求这些酶在DNA中编码,置于单个质粒分子上,然后插入活细胞中。
该平台利用了Northwestern在无细胞合成生物学方面的领导地位,并参与了最近由Jewett领导的三项研究。成功进行这一过程将推动可持续发展的新视野。随西北大学的合成生物学家开发了一种新的快速原型系统,以加速生物系统的设计,从而将生产可持续性生物制造产品的时间从数月缩短至数周。在梭菌中寻找最佳途径为了验证iPROBE系统,研究人员开发了3-羟基丁酸酯(3-HB)和丁醇(一种自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)中的两种有机化合物)的最佳生物合成途径,该细菌是由代谢的一氧化碳自然产生乙醇的细菌。
但是,在单元中设计,构建和优化这些途径仍然复杂而缓慢,无法跟上需求的动态变化。Jewett说:结果是设计周期太慢了。
那里的研究人员应用了这些途径,发现梭状芽胞杆菌中3-HB的产量增加了20倍,从而将iPROBE在实验室中的成功与工业环境联系在一起。我们将这种无细胞系统设想为引擎,以帮助实现未来的生物经济。
为了生产可持续的化学物质,合成生物学家将蛋白质酶缝合在一起以进行单独的分子转化,将葡萄糖或二氧化碳等现成的库存转化为新产品。Jewett将不同酶组合的混合匹配分析比作鸡尾酒。
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