Optogenetic控制了生物合成-的聚光灯下

科学家们已经想出一个聪明的主意只是工程微生物克服困难的平衡酶通路用于制造有用的化学物质。引入一个“optogenetic电路”意味着啤酒酵母开关正常发酵,使乙醇的光让生物燃料候选人在黑暗中异丁醇。并通过这样做,科学家产生异丁醇浓度大于5倍以前通过酵母菌株。

哪些基因酵母表达之间的切换,因此用来使酶蛋白直接和可逆的,普林斯顿大学的压力穆阿瓦洛斯。因此它有可能比现有方法更多功能开发微生物生物合成,通常永久激活基因。目前,得到正确的酶水平在这些细胞工厂涉及到一个非常强力的方法,生产成千上万的稍微不同的菌株,阿瓦洛斯说。

普林斯顿大学的科学家认为光遗传学,它利用光敏打开或关闭特定基因转录因子,可以帮助避免这一努力。其他研究人员经常与光纤光源结合的方法改变大鼠神经元的活性蛋白质。阿瓦洛斯和他的团队意识到,光活性基因可能允许他们保持酵母在建立前体物质需要保持健康和工作很快。他们可以开关发酵到黑暗中去当生产条件是最好的。

阿瓦洛斯和他的同事们从海洋细菌光敏转录因子插入酵母能被照亮的时候,开始从特定基因蛋白的生产。通过结合第二个基因,产生一种蛋白质,这种蛋白质可以阻止转录因子,他们还创建了一个系统,可以照亮时关闭基因。

提供解决方案的挑战的核心工程酵母表达的酶acetolactate合成酶(Ilv2)需要异丁醇。异丁醇是有毒的酵母,Ilv2使用丙酮酸前体分子用于乙醇发酵。科学家们因此认为除去丙酮酸脱羧化酶1 (Pdc1)酶消耗乙醇丙酮酸。然而,这是很困难的,因为Pdc1回收的氧化形式烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD +)中间,酵母用于消费葡萄糖和增长。

发酵革命

普林斯顿大学的团队因此酵母打开Pdc1基因导致乙醇和被照亮的时候,关掉Ilv2基因。当你关掉灯的基本途径关闭这有毒的通道打开,“阿瓦洛斯说。然后,当酵母的NAD +焚烧殆尽了,周期将Pdc1短暂的光脉冲,补充所需的物资消耗葡萄糖和吐出的酵母异丁醇。

闪亮的蓝色光在酵母发酵器包含一个葡萄糖溶液,普林斯顿大学的团队在8.5克每升异丁醇。五倍的最高浓度以前学术报告,并帮助解决疑虑让光的酵母细胞大,多云,生物合成的反应堆,阿瓦洛斯指出。但它仍然是只有大约54毫克每克葡萄糖异丁醇的酵母,他承认是不够的是经济可行的。

拉曼Vaidyanathan谢菲尔德大学的说,这是值得注意的,系统的不仅仅是一个开关,但可以用来获取不同程度的表达,提供微调能力”。的作者已经表明,开关可以即使在光线强度和高细胞密度相对较低,”他补充道。

Jorg Pietruszka在德国j研究中心的电话optogenetic控制“引人注目”的概念,但强调实用和经济挑战。的光调节代谢途径是一个功能强大的工具,已经证明在数量的优化研究,”他说。然而,获得生产规模“就是另一回事了”他说,尽管最大的五升photo-fermenter阿瓦洛斯团队使用的是一个有趣的一步向正确的方向前进”。的经济可行性光控异丁醇生产需要测试在未来,“Pietruszka说。

这是几件事之一阿瓦洛斯现在想试一试。我们希望进一步提高菌株的基因和优化光时间表,”他说。他也想让其他化学物质,可能整合酶生物传感器,将切换时自动反馈通路。