En ny måde at lave metabolisk teknik på

En ny metode, der er udviklet af en gruppe forskere ved Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) ved University of Illinois, kan ændre den måde, metabolisk teknik udføres på.

Forskere fra forskningstemaet IGB's Biosystems Design forskning, herunder Steven L. Miller Formand for kemisk og biomolekylær teknik Huimin Zhao, for nylig udgivet et papir i Naturkommunikation skitserer deres nye metode, hvilket kunne gøre den metaboliske teknikproces mere effektiv.

Metabolisk teknik involverer ingeniørmikroorganismer til at producere værditilvækstprodukter såsom biobrændstoffer og kemikalier. Dette opnås ved at ændre eller slette ekspressionen af ​​gener for at modificere mikroorganismens genom. I denne proces, flere mål i genomet modificeres for at opnå specifikke mål.

"Vi kan let finde flere metaboliske tekniske mål for at forbedre den ønskede fænotype, "sagde Jiazhang Lian, en gæsteforsker ved IGB, der er medforfatter af papiret. "Hvordan man kombinerer disse gavnlige genetiske modifikationer er en af ​​de største udfordringer inden for metabolisk teknik."

Traditionelt set forskere tester disse mål individuelt i en række tidskrævende trin. Disse trin begrænser produktiviteten og udbyttet af det endelige produkt - to afgørende komponenter i den metaboliske teknikproces.

Forskerne besluttede at oprette en metode, der kombinerer alle disse trin og udfører dem samtidigt, gør processen hurtigere og lettere.

De baserede denne metode på CRISPR -systemet, en metode til genetisk manipulation, der bruger et sæt DNA -sekvenser til at modificere gener i en celle.

Dette system bruger tre genetiske manipulationer, der ofte bruges i metabolisk teknik:transkriptionel aktivering, transkriptionel interferens, og gen -sletning.

Ved at bruge disse manipulationer samtidigt, forskere kan udforske forskellige kombinationer af manipulationer og opdage hvilken kombination der er bedst.

"Vi kan nu arbejde med 20 mål, "Zhao sagde." Vi kan implementere alle disse (manipulationer) for hvert mål på en kombinatorisk måde for at finde ud af, hvilken kombination der reelt vil give os højere produktivitet eller udbytte af det endelige produkt. "

Forskerne testede metoden i en gærart, der bruges til vinfremstilling, bagning, og produktion af biobrændstoffer. De viste, at brug af denne metode kunne forbedre produktionen af ​​et specifikt produkt.

Deres system, kaldet CRISPR-AID, vil give forskere mulighed for let at udforske alle de mulige målkombinationer. Men nøglen er at finde den optimale kombination.

"Hvis vi sammenligner stofskifte med et basketballhold, vi kan ikke opbygge et stærkt hold ved blot at sammensætte de bedste spillere, "Sagde Lian." I stedet for vi bør prøve at finde dem, der kan samarbejde og arbejde synergistisk. "

Deres nye system åbner for tusinder - endda millioner - af muligheder, hvilket giver en anden logistisk udfordring.

De planlægger at finde de bedste kombinationer ved at udvikle en screeningsmetode med høj kapacitet eller ved hjælp af et robotsystem som f.eks. IBioFAB, et system placeret i IGB, der automatisk producerer syntetiske biosystemer.

"Jeg tror, ​​at kombinationen af ​​CRISPR-AID med screening med høj gennemstrømning og iBioFAB vil fremskynde det metaboliske ingeniørfelt betydeligt i den nærmeste fremtid, "Sagde Lian.

Zhao håber at teste deres metode på andre organismer, ved hjælp af de samme tekniske principper, men ændring af protokollen for forskellige organismer.

Til sidst, de håber at strække sig til genomskalaen - for at kunne teste alle generne i en organisme på én gang - hvilket ville være et betydeligt spring inden for metabolisk teknik.

"Hvis vi kan gøre det, vi kan gøre det virkelig modulopbygget og også standardisere proceduren, "Så sagde Zhao." Så øger vi virkelig gennemstrømningen og hastigheden af ​​metabolisk teknik. "

Flere forskningsindsatser har til formål at konstruere mikroorganismer til produktion af biobrændstoffer og kemikalier, så alle værktøjer, der kan fremskynde processen, er betydelige. Zhao mener, at dette er sandt for deres metode.

"Det er ikke kun en trinvis forbedring, "sagde han." Det er en ny måde at lave metabolisk teknik på. "