Informacija

Kodėl cheminę gamybą pageidautina susieti su augimu?

Kodėl cheminę gamybą pageidautina susieti su augimu?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Turiu tokį sistemų biologijos klausimą: a) Nubraižykite grafiką, rodantį augimo (Vbio) ir Vefni ryšį su sistema čia. (Tegul horizontali ašis žymi Vbio, o vertikali ašis – Vefni)

Mano pirmoji mintis buvo, kad tai būtų tiesiog tiesi linija nuo (0,5,0,5) iki (1,0). Bet dabar galvoju, kad turiu atsižvelgti ir į V4.

b) Nustatykite vieną ar daugiau reakcijų, kurios yra tokios, kad pašalinus M4 susidarymą būtų susieta su augimu (augimo susiejimas). Nubraižykite grafiką, rodantį Vbio ir Vefni ryšį tarp mutanto.

Čia aš maniau, kad tai bus V1 ir V4. Vis dėlto nesu tikras, nes neradau gero paaiškinimo, kas tiksliai yra augimo sujungimas.

c) Kodėl pageidautina susieti cheminę gamybą su augimu? y., kokius privalumus turi tos sistemos prieš tas, kur tokio sukabinimo nėra?

Čia aš neturiu supratimo.


Kodėl cheminę gamybą pageidautina susieti su augimu?

Kuriant naujus medžiagų apykaitos kelius chemijos gamybai, reikia turėti omenyje, kad jos tikslas yra padidinti (t.y. pasiekti pramoninį dydį).

Pramoniniu požiūriu, kuo greitesnis/paprastesnis procesas, tuo geriau. Su augimu susieta cheminių medžiagų gamyba reiškia, kad norint pagaminti norimą produktą reikia tik vieno žingsnio (prieš tolesnius procesus). Priešingu atveju pirmiausia reikėtų gaminti biomasę (augimo etapas), o tada pereiti prie cheminės gamybos etapo. Vienas žingsnis yra pigesnis ir greitesnis nei du, jau nekalbant apie tarpinius veiksmus, kurių gali prireikti (ląstelių plovimas, centrifugavimas, filtravimas...).

Pagrindinis su augimu susietos cheminės gamybos trūkumas yra tas, kad galutiniam derliui ($ mol_{galutinis produktas}/mol_{substratas}$) trukdo biomasės gamyba. Tai gali būti tikra problema, jei substratas yra brangus.


32.3: Nelytinis dauginimasis

  • Prisidėjo OpenStax
  • Bendroji biologija OpenStax CNX
  • Palyginkite natūralaus ir dirbtinio nelytinio dauginimosi mechanizmus ir būdus
  • Apibūdinkite natūralaus ir dirbtinio nelytinio dauginimosi privalumus ir trūkumus
  • Aptarkite augalų gyvenimo trukmę

Daugelis augalų gali daugintis nelytiniu būdu. Šis metodas nereikalauja investicijų, reikalingų norint išauginti gėlę, pritraukti apdulkintojus ar rasti priemonę sėkloms paskleisti. Nelytinio dauginimosi metu gaunami augalai, kurie genetiškai yra identiški motininiam augalui, nes nevyksta vyriškų ir moteriškų lytinių ląstelių maišymasis. Tradiciškai šie augalai gerai išgyvena esant stabilioms aplinkos sąlygoms, palyginti su augalais, gautais lytinio dauginimosi metu, nes jie turi genus, identiškus jų tėvų genams.

Daugybė skirtingų šaknų tipų pasižymi nelytiniu dauginimu Paveikslėlis (PageIndex<1>). Gumbus naudoja kardeliai ir česnakai. Kiti dažni pavyzdžiai yra svogūnėliai, pavyzdžiui, lelijų žvynuotas svogūnėlis ir narcizų gaubtasis svogūnėlis. Bulvė yra stiebo gumbas, o pastarnokas dauginasi iš liemeninės šaknies. Imbieras ir vilkdalgis gamina šakniastiebius, o gebenė naudoja papildomą šaknį (šaknis, kilusi iš kitos augalo dalies nei pagrindinė arba pirminė šaknis), o braškių augalas turi stoloną, kuris taip pat vadinamas bėgikas.

Paveikslas (PageIndex<1>): įvairių tipų stiebai leidžia nelytiškai daugintis. (a) Česnako gumbasvogūniai atrodo panašūs į (b) tulpės svogūnėlį, tačiau gumbasvogūniai yra vientiso audinio, o svogūnėlį sudaro modifikuotų lapų sluoksniai, juosiantys požeminį stiebą. Tiek gumbasvogūniai, tiek svogūnėliai gali savaime daugintis, išaugindami naujus augalus. c) Imbieras formuoja stiebų, vadinamų šakniastiebiais, mases, iš kurių gali atsirasti keli augalai. d) bulvių augalai sudaro mėsingus stiebinius gumbus. Kiekviena stiebo gumbo akis gali pagimdyti naują augalą. e) Braškių augalai sudaro stiebus: stiebus, kurie auga dirvos paviršiuje arba tiesiai po žeme ir gali užauginti naujus augalus. (kreditas a: Dwighto Siplerio darbo modifikavimas, kreditas c: Alberto Cahalano darbo modifikavimas, USDA ARS kreditas d: Richardo Northo darbo modifikavimas, kreditas e: Julie Magro darbo modifikavimas)

Kai kurie augalai gali išauginti sėklas be tręšimo. Iš kiaušialąstės arba kiaušidės dalies, kuri yra diploidinio pobūdžio, atsiranda nauja sėkla. Šis dauginimosi būdas žinomas kaip apomiksė.

Nelytinio dauginimosi pranašumas yra tas, kad gautas augalas greičiau subręs. Kadangi naujas augalas kyla iš suaugusio augalo ar augalų dalių, jis taip pat bus tvirtesnis nei sodinukas. Nelytinis dauginimasis gali vykti natūraliomis arba dirbtinėmis (padedant žmogui) priemonėmis.


2 Ekosistemų vystymosi bioenergetika

Atributai nuo 1 iki 5 1 lentelėje reiškia ekosistemos bioenergetiką. Ankstyvosiose ekologinio sukcesijos stadijose arba jauna gamta, taip sakant, pirminės gamybos arba bendrosios (bendrosios) fotosintezės (P) greitis viršija bendruomenės kvėpavimo rae (R), kad P/R santykis būtų didesnis nei 1. Ypatingu organinės taršos atveju P/R santykis paprastai yra mažesnis nei 1. Tačiau abiem atvejais teorija yra tokia, kad P/R artėja prie 1, kai vyksta seka. Kitaip tariant, fiksuota energija yra linkusi subalansuoti energijos sąnaudas išlaikymui (tai yra bendras bendruomenės kvėpavimas) brandžiame arba kulminacija ekosistema. Todėl P/R santykis turėtų būti puikus funkcinis santykinės sistemos brandos indeksas.

Kol P viršys R, organinės medžiagos ir biomasė (B) kaupsis sistemoje (1 lentelė, 6 punktas), todėl santykis P/B bus linkęs mažėti arba, atvirkščiai, B/P, B/ R, arba B/E santykiai (kur E=P/R) padidės (1 lentelė, 2 ir 3 punktai). Teoriškai tuomet augančių augalų biomasės kiekis, palaikomas turimo energijos srauto (E), padidėja iki maksimumo brandos arba kulminacijos stadijose (1 lentelė, 3 punktas). Dėl to grynoji bendruomenės produkcija arba derlius per metinį ciklą jauname gamtoje yra didelis, o brandžioje – mažas arba nulinis (1 lentelė, 4 punktas).


Gyvenimo ciklas ir prisitaikymas

Johnsongrass yra agresyvus daugiametis augalas. Pavasario pradžioje arba viduryje išdygs nauji šakniastiebių ūgliai arba nauji daigai. Sėklos pradeda dygti, kai dirvos temperatūra pasiekia 70 F, tačiau nauji šakniastiebių ūgliai išdygs, kai dirvos temperatūra bus 60 F. Šakniastiebių daigai vystosi greičiau nei sodinukai, pasinaudojant per žiemą sukauptais šakniastiebių angliavandeniais. Augalai pradeda gaminti naujus šakniastiebius, kai išsivysto penki ar septyni tikrieji lapai. Tai įvyksta praėjus maždaug trims – šešioms savaitėms po atsiradimo. Žydėjimas prasidės praėjus šešioms–devynioms savaitėms po išdygimo, o gyvybingos sėklos išaugs praėjus dviem–trims savaitėms po žydėjimo. Rudenį jonažolių augimas nustoja augti, kai dirvožemio temperatūra grįžta iki 60 F, todėl augalas neveikia. Oklahomoje Johnsongrass pradės augti kovo pabaigoje, o nauji šakniastiebiai pradės vystytis iki balandžio pabaigos. Žydėjimas prasidės birželio pradžioje, o gyvybingos sėklos pasirodys birželio pabaigoje. Be to, nauji šakniastiebiai, gėlės ir sėklos bus gaminamos iki lapkričio pradžios, kol augalai užges.

Johnsongrass yra pritaikytas įvairiems dirvožemio tipams, kurių pH yra nuo 5 iki 7,5. Todėl jonažolės daugiausia aptinkamos dirbamose žemėse, soduose, atvirose dykvietėse, pakelėse, ganyklose, drėkinamuose kanaluose ir grioviuose. Geriausiai auga derlingose ​​žemumose. Jis nepritaikytas prastai nusausintam molingam dirvožemiui, tačiau gali toleruoti trumpus potvynius. Šakniastiebių gamybai įtakos turi ir dirvožemio tipas. Didesnis šakniastiebių augimas ir gylis bus lengvesnės tekstūros dirvožemiuose. Pavyzdžiui, priemolio dirvožemyje bus galima užauginti tik pusę šakniastiebių, kurie gali būti auginami priesmėlio dirvožemyje. Be to, dauguma šakniastiebių molio ir priemolio dirvose pasieks atitinkamai 3 ir 5 colių gylį.


Metabolizmo inžinerija bioatsinaujinančio kuro ir cheminių medžiagų gamybai: sintetinės biologijos indėlis

Degalų ir chemikalų gamyba naudojant augalinės medžiagos mikrobinę fermentaciją yra pageidautina naftos chemijos produktų gamybos alternatyva. Fermentinei bioatsinaujinančio kuro ir cheminių medžiagų gamybai reikia sukurti biokatalizatorius, kurie galėtų greitai ir efektyviai paversti cukrų tiksliniais produktais už kainą, kuri yra konkurencinga su esamais naftos chemijos procesais. Taip pat svarbu, kad biokatalizatoriai būtų atsparūs ekstremalioms fermentacijos sąlygoms, biomasės inhibitoriams ir jų tiksliniams produktams. Tradicinė medžiagų apykaitos inžinerija padarė didelę pažangą šioje srityje, tačiau sintetinė biologija prisidėjo ir toliau prisidės prie šios srities, ypač naudojant naujos kartos biokurą. Šiame darbe apžvelgiamas medžiagų apykaitos inžinerijos ir sintetinės biologijos panaudojimas biokatalizatorių inžinerijoje bioatsinaujinančio kuro ir cheminių medžiagų, tokių kaip etanolis, butanolis, acetatas, laktatas, sukcinatas, alaninas ir ksilitolis, gamybai. Taip pat nagrinėjame esamus iššūkius šioje srityje ir aptariame strategijas, kaip pagerinti biokatalizatorių toleranciją cheminiams inhibitoriams.

1. Įvadas

Žmonių visuomenė visada priklausė nuo biomasės gaunamos anglies ir energijos mitybai ir išgyvenimui. Pastaruoju metu mes taip pat tapome priklausomi nuo iš naftos gaunamos anglies ir energijos, skirtos prekinėms cheminėms medžiagoms ir kurui. Tačiau neatsinaujinantis naftos pobūdis visiškai prieštarauja biomasėje esančiai atsinaujinančiai angliai ir energijai, kur biomasė iš esmės yra laikinas atmosferos anglies ir saulės šviesos energijos saugojimo įrenginys. Taigi didėja poreikis kurti ir įgyvendinti prekinių cheminių medžiagų ir kuro gamybos iš biomasės, o ne iš naftos, strategijas. Konkrečiai, šiame darbe mus domina biomasės cukrų mikrobinė fermentacija į prekinį kurą ir chemines medžiagas.

Kad fermentacijos procesas konkuruotų su esamais naftos pagrindu pagamintais procesais, tikslinė cheminė medžiaga turi būti gaminama dideliu išeigumu, titru ir produktyvumu. Kartais yra papildomų fermentacijos proceso suvaržymų, pvz., stiprių inhibitorių buvimas biomasės hidrolizate arba būtinybė dirbti esant ekstremaliam pH arba temperatūrai [1]. Šiuos tikslus gali būti sunku pasiekti naudojant natūraliai atsirandančius mikrobus. Todėl mikroorganizmai, turintys šias norimas savybes, dažnai turi būti sukurti modifikuojant esamus mikrobus arba naudojant de novo naujų mikrobų projektavimas. Nors buvo padaryta didelė pažanga siekiant de novo dizainas [2, 3], šiame darbe pagrindinis dėmesys skiriamas esamų mikrobų modifikavimui.

Žmonija jau seniai rėmėsi mikrobiniais biokatalizatoriais fermentuoto maisto ir gėrimų gamybai bei eukariotų biokatalizatoriais maistui ir tekstilei. Mes lėtai modifikavome šiuos biokatalizatorius, pasirinkdami pageidaujamus bruožus, nesuprasdami pagrindinių biologinių mechanizmų. Tačiau išsiaiškinus biologinį kodą ir sukūrus rekombinantinės DNR technologiją, dabar turime įrankius, leidžiančius ne tik atrinkti stebimus požymius – dabar galime racionaliai modifikuoti ir kurti medžiagų apykaitos kelius, baltymus ir net ištisus organizmus.

Didžioji dalis šios racionalios modifikacijos buvo metabolinės inžinerijos forma. Metabolinė inžinerija buvo apibrėžta 1991 m. [4, 5] ir čia mes naudojame apibrėžimą „kryptingas gamybos, formavimosi ar ląstelių savybių gerinimas, modifikuojant specifines biochemines reakcijas arba įvedant naujas, naudojant rekombinantinės DNR technologiją “ [6]. Nors medžiagų apykaitos inžinerija įgalino nepaprastą pažangą gaminant prekines chemines medžiagas ir kurą iš biomasės, kai kurie iš jų aptariami šiame darbe, dabar mes pasiekėme tašką, kai norima atlikti gamtoje neegzistuojančias biologines funkcijas. Sintetinė biologija siekia plėtoti ir teikti šias nenatūralias biologines funkcijas.

Daugelį metų sintetinės biologijos terminas buvo vartojamas sąvokoms, kurios šiandien būtų klasifikuojamos kaip medžiagų apykaitos inžinerija, apibūdinti [7]. Tačiau per pastaruosius 10 metų tokie terminai kaip „nenatūralios organinės molekulės“ [7], „nenatūralios cheminės sistemos [8]“, „naujas elgesys“ [9], „dirbtinės, biologijos įkvėptos sistemos“ [10] ir „funkcijos“ kurios gamtoje neegzistuoja“ [11] buvo panaudotos sintetinei biologijai apibūdinti. Šios peržiūros tikslais mes taikysime sintetinės biologijos apibrėžimą „naujų biologinių komponentų, tokių kaip fermentai, genetinės grandinės ir ląstelės, projektavimas ir konstravimas arba esamų biologinių sistemų pertvarkymas” [12].

Sintetinė biologija pritaikoma daugelyje sričių, įskaitant sintezę be ląstelių [13], audinių ir augalų inžineriją [14] ir vaistų atradimą [15], tačiau čia mus domina mikrobų modifikavimas, skirtas biologiškai atsinaujinančiai prekinių cheminių medžiagų ir kuro gamybai. . Kitose naujausiose apžvalgose taip pat buvo nagrinėjama ši tema [16–18].

Sintetinė biologija tikslinio junginio gamybai gali būti išreikšta kaip sekančių įvykių seka, kurių kiekvienas bus išsamiau aptartas ir parodytas toliau.

Sukurkite norimos sistemos metabolizmo kelius ir fenotipines savybes. Kokie yra pageidaujami substratai ir produktai? Kokie tikėtini aplinkos veiksniai?

Pasirinkite tinkamą organizmą šeimininką (važiuoklę) pagal šiuos kriterijus. Kurie organizmai turi bent kai kurias norimas savybes? Kaip gerai apibūdinti ir anotuoti šie organizmai? Ar yra šios važiuoklės modifikavimo molekulinės biologijos įrankių?

Suformuluokite įgyvendinimo metodą. Kokių modifikacijų reikia norint pasiekti žingsnyje nurodytus būdus ir savybes? Ar reikia pridėti, pašalinti ar sureguliuoti medžiagų apykaitos kelius? Ar norimas kelias ar fenotipas egzistuoja gamtoje, ar jį reikia sukurti de novo?

Optimizuokite pertvarkytą sistemą ir įvertinkite sistemos savybes, palyginti su idealiomis. Ar galima dar patobulinti važiuoklę?

Netgi paprastas biokatalizatorius, pavyzdžiui, laboratorinis darbinis arkliukas Escherichia coli, yra sudėtinga sistema, susidedanti iš maždaug 4603 genų, 2077 reakcijų ir 1039 unikalių metabolitų [19, 20], ir nors aukščiau aprašyti žingsniai yra gana paprasti, vis tiek sunku greitai ir patikimai sukurti biokatalizatorių, kuris atliktų pageidaujamą elgesį. 21]. Sistemų biologija, biologinių sistemų standartizavimas ir metabolinė evoliucija yra gyvybiškai svarbūs norint kompensuoti šį nutrūkimą tarp numatomo ir tikrojo biokatalizatoriaus elgesio. Derinant šiuos galingus metodus, biokatalizatoriai buvo perdaryti taip, kad būtų galima gaminti stulbinamą asortimentą prekinio kuro ir cheminių medžiagų, tiek natūralių, tiek nenatūralių (1 pav. ir 1 lentelė). Čia aptariame sėkmingus pavyzdžius, susijusius su prekinio kuro ir cheminių medžiagų gamyba, daugiausia dėmesio skiriant D- ir L-laktatui, L-alaninui, sukcinatui, etanoliui ir butanoliui.


2. Metodai ir priemonės biokatalizatoriaus perprojektavimui

2.1. Važiuoklė

Tvirta ir stabili važiuoklė leidžia efektyviai ir ekonomiškai gaminti kurą ir chemines medžiagas pramoniniu lygiu. Kadangi mus ypač domina biokatalizatoriai, galintys panaudoti biomasę, pageidautina važiuoklė pasižymi šiomis savybėmis: (1) mineralinių druskų terpėje su nebrangiais anglies šaltiniais, (2) heksozės ir pentozės cukrų panaudojimu, kad visi cukraus komponentai lignoceliuliozės biomasė gali būti paversta norimu produktu, (3) didelis medžiagų apykaitos greitis, būtinas aukštam produktyvumui, (4) paprastas fermentacijos procesas, siekiant sumažinti manipuliavimo išlaidas ir sumažinti nesėkmės riziką didelio masto gamyboje, (5) tvirtas organizmas. (aukšta temperatūra ir žemas pH, jei įmanoma), siekiant sumažinti išorinės celiuliozės poreikį celiuliozės skilimo metu, taip pat sumažinti reikiamą bazių pridėjimo kiekį, (6) genetinės manipuliacijos paprastumą ir genetinį stabilumą, (7) atsparumą gaminamiems inhibitoriams. pirminio biomasės apdorojimo proceso metu ir (8) tolerancija didelėms substrato ir produkto koncentracijoms, siekiant gauti aukštus tikslinio junginio titrus.

Žarnyno bakterijos, ypač E. coli, turi daug aukščiau paminėtų fiziologinių savybių ir todėl yra puiki važiuoklė sintetinei biologijai. Dauguma čia aptartų pavyzdžių naudojami E. coli, tačiau kitos svarbios mikrobų modelių sistemos buvo perkurtos, įskaitant Clostridium acetobutylicum [28], Corynebacterium glutamicum [29], Saccharomyces cerevisiae [30] ir Aspergillus niger [31]. E. coli buvo naudojamas kaip pavyzdinis organizmas nuo genų inžinerijos pradžios [32]. Nors K-12 padermė MG1655 (ATCC# 47076) yra viena iš dažniausiai naudojamų E. coli padermių [33], yra ir kitų linijų, tokių kaip B (ATCC# 11303), C (ATCC# 8739) ir W (ATCC# 9637), kurios taip pat paprastai laikomos saugiomis, nes jos negali kolonizuoti žmogaus žarnų. [34]. Nors K-12 yra labiausiai apibūdinama ir plačiausiai naudojama padermė, E. coli W (ATCC# 9637) ir C (ATCC# 8739) pasirodė esanti geresnė važiuoklė degalų ir cheminių medžiagų sintezei. Pavyzdžiui, iš K-12 gautos padermės nesugebėjo visiškai fermentuoti 10 % (m/v) gliukozės nei kompleksinėje, nei mineralinių druskų terpėje [1, 35], o W arba C padermių dariniai gali visiškai fermentuoti daugiau nei 10 % ( m/t) gliukozės, kurios ląstelių augimo ir cukraus panaudojimo rodikliai yra didesni nei K-12. Be to, E. coli W padermės turi natūralią savybę fermentuoti sacharozę [1, 36].

Svetimieji genai gali būti nestabilūs ląstelėse-šeimininkėse dėl rekombinacijos, kurią palengvina judrūs DNR elementai, taigi ir mobilūs DNR elementai E. coli K-12 padermė buvo panaikinta [37]. Ši minimalaus genomo konstravimo strategija yra puikus būdas pagerinti šią važiuoklę degalų ir cheminių medžiagų gamybai.

2.2. Sistemų biologijos įrankiai
2.2.1. Genomo mastelio modeliai ir in Silico modeliavimas

Atsižvelgiant į racionalų medžiagų apykaitos inžinerijos ir sintetinės biologijos pagrindą, modeliai ir modeliavimas yra labai svarbūs nuspėjamieji ir įrankiai. Genomo sekos nustatymas ir automatinės anotacijos įrankiai leido sukurti beveik 20 mikroorganizmų genomo masto metabolinius modelius [38]. Šie apribojimais pagrįsti modeliai ir in silico modeliavimas gali būti naudojamas nuspėti medžiagų apykaitos srauto perskirstymą po genetinės manipuliacijos arba numatyti kitas ląstelių funkcijas, tokias kaip substrato pasirinkimas, adaptacinės evoliucijos rezultatai ir ekspresijos profilių pokyčiai [39]. Jie taip pat gali padėti suplanuoti kelią norimiems fenotipams gauti [40–42]. Pavyzdžiui, E. coli iJE660a GSM modelis buvo naudojamas sėkmingai imituoti vieno ir kelių genų išmušimus, siekiant pagerinti likopeno gamybą [42]. Skaičiavimo sistema Optknock buvo sukurta siekiant nustatyti genų ištrynimo tikslus sistemos optimizavimui [41], o sukcinato, laktato ir 1,3-propandiolio gamybos genų delecijos modeliavimo rezultatai atitiko eksperimentinius duomenis. Kita modeliavimo programa „OptStrain“ buvo sukurta siekiant pakeisti medžiagų apykaitos kelią tikslinių junginių gamybai, pridedant heterologines metabolines reakcijas ir pašalinant natūralias reakcijas [40]. Tačiau dauguma dabartinių modelių turi tik stechiometrinę informaciją, o kinetinis ir reguliavimo poveikis nėra įtrauktas [38, 39]. Kinetinės ir reguliavimo informacijos integravimas pagerins šių modelių tikslumą ir nuspėjamąją galią.

2.2.2. Didelio našumo omikos analizė

Didelio našumo omikos analizė, tokia kaip transkriptas, proteomas, metabolomas ir fluxomas [43–45], padeda apibūdinti ląstelių funkciją keliais lygiais, todėl suteikia „derinimo“ galimybę sistemos optimizavimui [12, 45].

Genetinės manipuliacijos gali sutrikdyti medžiagų apykaitos pusiausvyrą arba sutrikdyti ląstelių augimą dėl svarbių pirmtakų išeikvojimo [46, 47], toksiškų tarpinių produktų kaupimosi [48] arba redokso disbalanso [1]. Pavyzdžiui, didelis NADH kiekis E. coli pertvarkyta etanolio gamybai slopino citrato sintazės aktyvumą, taip apribodama ląstelių augimą, sumažindama kritinio metabolito 2-ketoglutarato gamybą [49]. Metabolomų ir fluxomų analizė gali greitai nustatyti ribojančius metabolitus arba pakitusį metabolizmo srauto pasiskirstymą, o tai yra problemų sprendimo pagrindas [45, 50]. Pavyzdžiui, metabolitų matavimai Aspergillus terreus buvo įgyvendintos racionaliai pertvarkant metabolizmą, siekiant padidinti lovastatino gamybą [45, 50]. MRNR ir baltymų profilių pokyčius galima nustatyti atliekant transkripto ir proteomų analizę, suteikiant genų taikinius tolesnei inžinerijai [46, 47]. Choi ir kt. darbas. parodyti šią koncepciją: transkripto analizė E. coli gaminant į žmogaus insuliną panašų augimo faktoriaus I sulietą baltymą, padedantį atrinkti genų ištrynimo taikinius. Gauta pertvarkyta padermė daugiau nei 2 kartus padidino produkto titrą ir tūrinį produktyvumą [46, 47]. Be to, lyginamoji genomo sekos analizė palengvina mutavusių genų ar reguliatorių identifikavimą evoliucijos metu, o šios mutacijos gali būti naudojamos pertvarkant sistemas, kad būtų galima geriau sintetinti. Pavyzdžiui, stengiantis, apibūdintas kaip „genomo padermės rekonstrukcija“, išsivystė Corneybacterium glutamicum atrinkti L-lizino gamybai buvo lyginami su pirminiu štamu ir buvo rastos mutacijos, kurios buvo pasiūlytos kaip naudingos L-lizino gamybai. Trys iš šių mutacijų buvo įvestos į pirminį padermę ir leido gaminti iki 3,0 g/l/val. L-lizino [51].

2.3. Genetinės manipuliacijos įrankiai
2.3.1. Genų ištrynimas

Genų ištrynimas gali perskirstyti anglies srautą link tikslinio produkto, pašalindamas genus, kurie yra svarbūs konkuruojantiems medžiagų apykaitos keliams, todėl yra plačiai naudojamas medžiagų apykaitos pertvarkymo strategijose. Homologinė rekombinacija yra dažniausiai naudojama genų ištrynimo strategija (2 pav.). Istoriškai plazmidės, turinčios atrenkamą žymeklį, šalia kurio yra DNR fragmentai, homologiški tiksliniam genui, ir temperatūrai jautrūs arba sąlyginiai replikonai buvo reikalingi efektyviam genų ištrynimui bakterijose [52] (2 paveikslas (a)). Priešingai, mielėse genai gali būti tiesiogiai suardomi linijiniais PGR fragmentais su trumpais greta esančiais DNR fragmentais, homologiškais chromosomų DNR. Linijinę DNR transformuoti nėra taip paprasta E. coli dėl tarpląstelinės egzonukleazės sistemos ir mažo rekombinacijos efektyvumo. Genų delecijos sistemos, pagrįstos bakteriofagu

Raudonoji rekombinazė palengvina chromosomų geno deleciją, naudodama linijinį PGR fragmentą [53]. Taikant šį metodą, chromosomų genas pakeičiamas atrenkamu žymeniu, šalia kurio yra du FRT (FLP atpažinimo taikinio) fragmentai (2 pav. (b)), o tada žymeklis gali būti pašalintas FLP rekombinaze [54]. Tačiau šis metodas po kiekvieno iškirpimo palieka 68 bp-FRT randą chromosomoje [52], sumažindamas tolesnį genų ištrynimo efektyvumą. Pakartotinai naudojant šią FRT/FLP sistemą specifiniams genų ištrynimams, gali atsirasti didelių nenumatytų chromosomų ištrynimų.


a)
b)
c)
a)
b)
c) Trijų genų ištrynimo metodų palyginimas E. coli. Šie metodai taip pat gali būti naudojami kitoms žarnyno bakterijoms. Pirmasis ir trečiasis metodai taip pat gali būti naudojami genų integravimui į chromosomą ir promotoriaus pakeitimui genų ekspresijos derinimui. 2(a) plazmidėmis pagrįstas metodas. Žingsnis

yra delecijos plazmidės, turinčios DNR fragmentus, homologiškus tiksliniam genui (h1 ir h2), atrankos žymenį ir temperatūrai jautrų arba sąlyginį replikoną, konstravimas. Žingsnis

yra dviguba kryžminė rekombinacija, plazmidė negali replikuotis šeimininko kamiene, todėl atrenkamos antibiotikams atsparios kolonijos. Žingsnyje

, FRT, replikoną ir atsparumo antibiotikams žymeklį pašalina FLP. 2(b) Linijinis DNR pagrįstas metodas. Žingsnis

yra linijinio DNR fragmento konstravimas PGR būdu (H1-P1 ir H2-P2 kaip pradmenys). H1 ir H2 reiškia trumpus DNR fragmentus, homologiškus tiksliniam genui. Žingsnis

yra tikslinio geno pakeitimas atsparumo antibiotikams genu per kryžminę rekombinaciją raudonosios rekombinazės pagalba. Žingsnis

yra FRT ir antibiotikų žymeklio pašalinimas naudojant FLP. 2(c) Mūsų laboratorijoje sukurtas dviejų pakopų rekombinacijos metodas. Žingsniai

, 2, 3 ir 5 aprašo plazmidžių ir linijinių DNR fragmentų konstravimą dviejų pakopų rekombinacijai. Žingsnis

aprašomas pirmasis rekombinacijos žingsnis, kurio metu katė, sacB kasetė įterpiama į tikslinį geną. Žingsnis

Siekdama palengvinti nuoseklias genų delecijas, mūsų laboratorija sukūrė dviejų pakopų rekombinacijos strategiją (2 paveikslas (c)), naudodama jautrumą E. coli sacharozei kai Bacillus subtilis levansakrazė (sacB) išreiškiamas [24, 27, 55]. Šiuo metodu sukurtos genų delecijos nepalieka pašalinių DNR, atsparumo antibiotikams žymenų ar randų sekų ištrynimo vietoje. Pirmosios rekombinacijos metu dalis tikslinio geno pakeičiama DNR kasete, kurioje yra atsparumo chloramfenikoliui genas (katė) ir levansakrazės genas (sacB). Antroje rekombinacijoje, katė, sacB kasetė pašalinama atrinkus atsparumą sacharozei. Ląstelės, kuriose yra sacB genas kaupia levaną inkubacijos metu su sacharoze ir žūva [55]. Išlikę rekombinantai yra labai praturtinti dėl praradimo katė, sacB kasetė [24, 27].

2.3.2. Genų ekspresijos derinimas

Kaip ir genų delecijos, plazmidėmis pagrįstos ekspresijos sistemos yra visur naudojamos metaboliniam pertvarkymui. Tačiau plazmidėmis pagrįstos sistemos turi keletą trūkumų. (1) Plazmidžių palaikymas yra metabolinė našta ląstelei-šeimininkei, ypač didelio kopijų skaičiaus plazmidėms [56]. Atkreipkite dėmesį, kad didelis kopijų skaičius nėra būtinas, atsižvelgiant į tai, kad daugumą centrinių metabolinių fermentų koduoja vienas genas (2), plazmidės pagrindu sukurta ekspresija priklauso nuo plazmidės stabilumo, o tik keletas natūralių vienetinių kopijų plazmidžių turi norimą stabilumą [12] ( 3) tik mažo kopijų skaičiaus plazmidės turi replikaciją, kuri priklauso nuo ląstelės ciklo, todėl išlaikyti nuoseklų kopijų skaičių visose ląstelėse yra sudėtinga [12] (4) metaboliniam pertvarkymui gali prireikti sukurti sudėtingą heterologinį kelią, taigi ir keletą genai, užkoduoti didelėse DNR dalyse, turi būti įtraukti. Dauguma komercinių plazmidžių turi sunkumų pernešant didelius DNR fragmentus.

Tikslinių genų chromosomų integracija, po kurios tiksliai suderinama jų ekspresija, gali pašalinti šias su plazmidėmis susijusias problemas. Pirmiau minėta dviejų pakopų rekombinacijos strategija genų ištrynimui taip pat gali būti naudojama genų integracijai arba promotoriaus pakeitimui (2 pav.).

Genų ekspresija prokariotuose daugiausia kontroliuojama transkripcijos lygiu, todėl promotorius yra labiausiai derinamas elementas. Nors indukuojami promotoriai, pvz lac ir ara, buvo tradiciškai naudojami genų ekspresijai moduliuoti, didelio masto induktorių naudojimas yra brangus degalų ir birių cheminių medžiagų gamybai. Tačiau buvo sukurtos kelios strategijos, skirtos sukurti konstitucines promotorių bibliotekas, skirtas tiksliai suderinti genų ekspresiją. Kai kurie metodai pagrįsti natūralių promotorių naudojimu. Pavyzdžiui, Zymomonas mobilis genominė DNR buvo naudojama norint sukurti promotoriaus biblioteką, kad būtų galima patikrinti optimalią ekspresiją Ervinijos chrizantema endogliukanazės genai (celY ir celZ) in Klebsiella oxytoca P2, siekiant pagerinti etanolio gamybą iš celiuliozės [57]. Kiti metodai remiasi atsitiktiniu esamų promotorių modifikavimu, pavyzdžiui, tarpinių sekų atsitiktine tvarka tarp konsensuso sekų [58] arba konstitucinio promotoriaus mutageneze [59]. Šis promotoriaus modifikavimo metodas buvo naudojamas fosfoenolpiruvato karboksilazės koncentracijos įtakai ląstelių derliui ir deoksiksiluliozės-P sintazės lygių poveikiui likopeno gamybai įvertinti, ir nustatyti optimalūs šių genų ekspresijos lygiai maksimaliam norimam fenotipui [59]. Šios sintetinės promotoriaus bibliotekos taip pat gali būti tiesiogiai integruotos į chromosomą, o tai galėtų palengvinti chromosomų genų ekspresijos moduliavimą [60, 61].

Aukščiau aprašyti koregavimo metodai priklauso nuo geriausio natūralaus promotoriaus parinkimo arba atsitiktinio esamų promotorių pakeitimo. Vienas iš sintetinės biologijos tikslų yra standartinių dalių kūrimas, o turint omenyje šį tikslą, buvo sukurti potranskripcijos procesai, tokie kaip transkripcijos nutraukimas, mRNR degradacija ir vertimo inicijavimas. Pavyzdžiai apima sintetinės 5' antrinių struktūrų bibliotekos sukūrimą, kad būtų galima sėkmingai manipuliuoti mRNR stabilumu [62], ir ribosomų surišimo vietos (RBS), taip pat Shine-Dalgarno (SD) ir AU turtingų sekų moduliavimą, siekiant suderinti genų ekspresiją vertimo inicijavimo procesas [60, 63]. Riboreguliatoriai taip pat buvo sukurti siekiant suderinti genų ekspresiją per RNR ir RNR sąveiką [64]. Paskutinis genų ekspresijos koregavimo metodas yra kodono optimizavimas, kuris gali pagerinti svetimų genų transliaciją [65]. Šios optimizuotos genų sekos gamtoje dažnai neegzistuoja ir turi būti generuojamos naudojant DNR sintezės metodus.

Daugeliu atvejų į važiuoklę reikia įvesti daugiau nei vieną geną, o šių genų ekspresija turi būti koordinuojama, kad būtų pasiektas norimas biokatalizatoriaus veikimas. Vienas iš tokių metodų yra kiekvieno atskiro geno ekspresijos moduliavimas per savo promotorių. Tačiau sunku numatyti tinkamą kiekvieno geno ekspresijos lygį. Kitas variantas yra sujungti kelis genus į sintetinį operoną su vienu promotoriumi ir tiksliai sureguliuoti kiekvieno geno ekspresiją per posttranskripcijos procesus [12] su reguliuojamais valdymo elementais (tokiais kaip mRNR antrinė struktūra, RNazės skilimo vietos, ribosomų surišimo vietos ir sekvestravimo sekas) tarpgeniniuose regionuose. Buvo sukurtos derinamų tarpgeninių regionų (TIGR) bibliotekos ir patikrintos, kad būtų suderinta kelių genų ekspresija operone [48]. Šis metodas buvo naudojamas koordinuoti trijų genų ekspresiją operone, koduojančiame heterologinį mevalonato biosintezės kelią, pagerinant mevalonato gamybą 7 kartus [48]. Kitas būdas kontroliuoti daugiau nei vieno geno ekspresiją yra sukurti visuotinę transkripcijos mašiną atsitiktine transkripcijos faktorių mutageneze [66, 67]. Įrodyta, kad šis metodas efektyviai pagerina toleranciją toksiniams junginiams ir metabolitų gamybą bei keičia fenotipus [66, 67].

2.3.3. Baltymų inžinerija

Natūralūs baltymai gali neatitikti reikalaujamų specifinio ir veiksmingo sistemos veikimo kriterijų, todėl gali prireikti keisti konkrečią paskirtį. Nukreipta baltymų evoliucija yra būdas greitai optimizuoti fermentus, net jei nėra struktūrinės ar mechaninės informacijos [68]. Tikslinei evoliucijai baltymų biblioteka paprastai sukuriama atsitiktinės mutagenezės [68], tikslinio geno [69] arba susijusių genų šeimos [70] rekombinacijos būdu, o tada biblioteka analizuojama didelio našumo atrankos būdu. Šis metodas buvo naudojamas sėkmingai padidinti fermentų aktyvumą [71, 72], padidinti baltymų tirpumą ir ekspresiją, invertuoti enantioselektyvumą ir padidinti stabilumą bei aktyvumą neįprastoje aplinkoje [68]. Pavyzdžiui, geną koduojančios geranilgeranilo difosfato sintazės mutacijų biblioteka. Archaeoglobus fulgidus buvo sukurtas siekiant nustatyti didesnio aktyvumo mutantus, leidžiančius gaminti likopeną E. coli. Atliekant daugiau nei 2000 variantų atranką buvo nustatyti aštuoni, kurių aktyvumas padidėjo, iš kurių vienas padidino likopeno gamybą 100 % [71].

Ypač svarbus sintetinės biologijos sričiai yra naujo fermentinio aktyvumo sukūrimas naudojant baltymų inžineriją [73, 74]. Pavyzdžiui, nenatūrali izomerizacija α- alaninas β-alaninas buvo gautas išvystant lizino 2,3-aminomutazę, kad būtų padidintas substrato specifiškumas, įtraukiant α-alaninas [73].

Racionalus projektavimas yra dar viena galinga priemonė baltymų savybėms padidinti, ypač naudojant skaičiavimo analizę [75, 76]. Remiantis žiniomis apie baltymų struktūrą ir funkciją, galima numatyti, kurią (-as) aminorūgštį (-es) pakeisti, kad būtų pasiekta norima funkcija. Perprojektuojant Lactobacillus brevis antrinių alkoholių gamybai buvo norima pakeisti R-specifinės alkoholio dehidrogenazės kofaktoriaus pirmenybę iš NADPH į NADH. Struktūra pagrįstas skaičiavimo modelis buvo naudojamas potencialiai naudingiems aminorūgščių pakaitalams nustatyti ir vienas iš šių pokyčių padidino nuo NADH priklausomą aktyvumą keturis kartus [77].

Nors šie pavyzdžiai parodo racionalaus fermentų (per)projektavimo galią, šis metodas reikalauja išsamios informacijos apie baltymų struktūrą ir mechanizmą, o atsitiktinė mutagenezė to nedaro. Naujausi pažanga sujungė kryptingą evoliuciją ir racionalų dizainą, taikant vadinamąjį „pusiau racionalų“ metodą, siekiant sėkmingai pagerinti fermentų aktyvumą, kai yra tik ribota informacija [78, 79]. Kai mutagenezė apsiriboja tam tikromis liekanomis, pasirinktomis iš esamų struktūrinių ar funkcinių žinių, šios „protingos“ bibliotekos greičiausiai duos teigiamų rezultatų [79]. Pavyzdžiui, piranozės-2-oksidazės katalizinis aktyvumas buvo pagerintas žinomos aktyvios vietos mutagenezės būdu [80].

Nors 20 natūralių aminorūgščių aprūpina fermentus, turinčius platų galimo aktyvumo spektrą, šis diapazonas gali būti dar labiau išplėstas naudojant nenatūralias aminorūgštis (UAA). Šiuo metu yra daugiau nei 40 UAA ir jie buvo naudojami baltymų funkcijai tirti, kritinėms fotonarvo liekanoms ir metaloproteinų savybėms pakeisti [81, 82]. Nors ši technologija tebėra vystymosi stadijoje, bent vienas tyrimas parodė fermentų aktyvumo pagerėjimą po UAA įterpimo. 124 svetainė E. colinitroreduktazė buvo pakeista įvairiomis natūraliomis ir nenatūraliomis aminorūgštimis, o kai kurių UAA variantų aktyvumas padidėjo daugiau nei 2 kartus, palyginti su geriausiu natūralių aminorūgščių variantu [83]. Šis biomimetinis metodas buvo išplėstas, įtraukiant kitus metabolitus, tokius kaip angliavandeniai [84] ir lipidai [85].

2.4. Evoliucija

Kaip aprašyta aukščiau, tvirtas biokatalizatorius, turintis didelį derlių, titrą ir produktyvumą, yra labai svarbus fermentacijos procesui, kad jis galėtų konkuruoti su naftos chemijos produktais. Dabartiniai modeliai ir modeliavimo įrankiai suteikia pagrindą, atsižvelgiant į žinomų baltymų funkcijų apribojimus. Tačiau daugybė reakcijų ir fermentų, kurie lieka neapibūdinti, negali būti įtraukti į šią teorinę analizę. Todėl racionalūs projektavimo metodai dažnai lemia, kad biokatalizatorius veikia prastai, palyginti su modeliu. Metabolinė evoliucija yra papildomas būdas pagerinti biokatalizatoriaus produktyvumą ir tvirtumą, priklausomai nuo tinkamo atrankos slėgio konstrukcijos. Jei įmanoma, tikslinio junginio sintezė gali būti susieta su ATP, redokso balanso arba pagrindinių metabolitų, kurie yra būtini augimui, gamyba, o atranka, siekiant pagerinti augimą metabolinės evoliucijos metu (serijiniai perkėlimai), gali būti naudojama siekiant didesnio greičio. arba tikslinių junginių titrai (3 pav.). Tiek redokso balansas, tiek grynoji ATP gamyba tokioje sintetinėje sistemoje yra sėkmingos evoliucijos sąlygos.


a)
b)
c)
a)
b)
c) Metabolinė evoliucija siekiant pagerinti L-alanino gamybą E. coli [27]. 3 (a) Pertvarkytas L-alanino gamybos metabolinis kelias: ATP gamyba ir ląstelių augimas yra susiję su NADH oksidacija ir L-alanino gamyba. 3 (b) nukreipta evoliucija pagerina ląstelių augimą. Pirminė padermė XZ112 pasiekia maksimalią 0,7 gL -1 ląstelių masę po 48 valandų fermentacijos. Išsivysčiusi padermė XZ113 pasiekia 0,7 gL -1 po 24 valandų ir maksimalią 0,9 gL -1 po 48 valandų 3(c) metabolinė evoliucija, siekiant pagerinti ląstelių augimą taip pat gerina alanino gamybą. Pirminė padermė XZ112 gamina 355 mM alanino po 72 valandų fermentacijos. Išsivysčiusi padermė XZ113 gamina 484 mM per 48 valandas.

Mes panaudojome šią metabolinės evoliucijos strategiją, norėdami optimizuoti biokatalizatorius, pertvarkytus kelių fermentacijos produktų gamybai [1], įskaitant etanolį, D-laktatą, L-laktatą, L-alaniną (3 pav.) ir sukcinatą, kaip išsamiau aprašyta toliau. Dažnai naudojama projektavimo schema yra susieti tikslinio produkto sintezę su augimu, inaktyvuojant konkuruojančius NADH suvartojančius kelius. Taigi vienintelis būdas ląstelėms regeneruoti NAD + glikolizei yra gaminti tikslinį junginį. Padidėjęs ląstelių augimas, kurį palaiko didesnis ATP gamybos greitis glikolizės metu, yra susijęs su didesniu NADH oksidacijos greičiu, taigi glaudžiai susijęs su tikslinio produkto sinteze. Įrodyta, kad ši evoliucijos strategija padidina produktyvumą iki dviejų dydžių.

Skaičiavimo sistemos, pagrįstos genomo masto metaboliniais modeliais, buvo naudojamos konstruojant biokatalizatorius, kurie susieja biomasės susidarymą su chemine gamyba [40, 41] ir todėl sudaro pagrindą atrankiniam spaudimui aukštam produktyvumui pasiekti. Pavyzdžiui, Optknock nustatė genų ištrynimo taikinius, skirtus laktato gamybos konstravimui E. coli, o tada nukreipta evoliucija pagerino gamybos pajėgumus [86]. Nors racionalus medžiagų apykaitos takų projektavimas, pagrįstas dabartiniais metaboliniais modeliais, yra įprastas metodas, leidžiantis maksimaliai padidinti tikslinio junginio išeigą, šis metodas ne visada yra geriausia strategija dėl riboto supratimo apie sudėtingą medžiagų apykaitos tinklą ir kiekvienos reakcijos dinaminę kinetiką. Metabolinė evoliucija yra puikus alternatyvus deformacijos gerinimo metodas, per kurį būtų atrenkamos reakcijos, kurios šiuo metu nėra prognozuojamos, siekiant pagerinti biokatalizatoriaus veikimą [87]. Gerėjant mūsų žinioms apie biokatalizatoriaus elgesį ir metabolizmą, nuspėjamieji modeliai taps dar galingesni.

3. Perprojektavimas modifikuojant esamus kelius

Šiame skyriuje pabrėžiame projektus, kurių metu buvo pertvarkyta važiuoklė, kad būtų gaminami tiksliniai junginiai su dideliu derliumi ir titru, neįvedant pašalinių būdų. Kitame skyriuje aprašome biokatalizatorių pertvarkymus, kuriuose buvo naudojami svetimi arba nenatūralūs būdai.

3.1. Sukcinatas

Sukcinatas, keturių anglies dikarboksirūgštis, šiuo metu naudojamas kaip speciali cheminė medžiaga maisto, žemės ūkio ir farmacijos pramonėje [88], bet taip pat gali būti pradinis taškas plastikuose ir tirpikliuose naudojamų prekinių cheminių medžiagų sintezei. 15 milijardų dolerių pasaulinė rinka [89]. Sukcinatas daugiausia gaminamas iš naftos ir yra labai suinteresuota sukcinato fermentacine gamyba iš cukrų [89].

Kelios didžiojo prieskrandžio bakterijos gali gaminti sukcinatą iš cukrų su dideliu derliumi ir produktyvumu [90–92], tačiau jiems reikia sudėtingų maistinių medžiagų. Arba vietinės padermės E. coli efektyviai fermentuoja gliukozę paprastų mineralinių druskų terpėje, bet gamina sukcinatą tik kaip nedidelį produktą [93]. Todėl E. coli C padermė (ATCC 8739) buvo pertvarkyta sukcinato gamybai esant dideliam derliui, titrui ir produktyvumui [94].

Pradinė pertvarkymo strategija buvo sutelkta į konkurencinių būdų inaktyvavimą, ypač laktatdehidrogenazės pašalinimą (ldhA), alkoholio/aldehido dehidrogenazė (adhE) ir acetatkinazė (ackA).Tačiau gauta padermė blogai augo mineralinių druskų terpėje anaerobinėmis sąlygomis ir sukaupė tik nedidelius sukcinato kiekius. Kadangi NADH oksidacija yra susieta su sukcinato sinteze šioje padermėje, metabolinė evoliucija buvo naudojama ląstelių augimui ir sukcinato gamybai pagerinti. Inaktyvavus piruvato formiato-liazę ir metilglioksalio sintazę, kad būtų pašalinta formiato ir laktato gamyba, galutinė padermė KJ073 mineralinių druskų terpėje pagamino beveik 670 mM sukcinato (80 g/l) su dideliu išeigumu (1,2 mol/mol gliukozės) ir didelis produktyvumas (0,82 g/l/val.) [94]. Treonino dekarboksilazės inaktyvavimas (tdcD), 2-ketobutirato formato liazė (tdcE) ir aspartato aminotransferazė (aspC) dar labiau padidino sukcinato išeigą (1,5 mol/mol gliukozės), titrą (700 mM) ir produktyvumą (0,9 g/l/h) [24].

Nepaisant galios gerinti biokatalizatoriaus veikimą, metabolinė evoliucija turi nepageidaujamą savybę – juodosios dėžės išsivystę padermės turi norimas biokatalizatoriaus savybes, tačiau metabolinės evoliucijos procesas nepagerina mūsų supratimo apie biokatalizatorių. Todėl išsivysčiusių padermių atvirkštinė inžinerija gali padėti mums nustatyti pagrindines mutacijas, kurias vėliau galima racionaliai pritaikyti kitiems biokatalizatoriams. Sukcinatą gaminančios padermės atvirkštinė inžinerija atskleidė du reikšmingus ląstelių metabolizmo pokyčius, kurie padidino energijos vartojimo efektyvumą [87]. Pirmasis pakeitimas yra tas, kad PEP karboksikinazė (pck), kuris paprastai veikia gliukoneogenezėje organinių rūgščių oksidacinio metabolizmo metu [90, 95, 96], tapo pagrindiniu sukcinato gamybos karboksilinimo būdu. Aukšto lygio PCK, kuriame dominuoja CO, ekspresija2 fiksacija ir padidinta ATP išeiga (1 ATP vienam pagamintam oksaloacetatui). Antrasis pokytis yra tas, kad natūrali nuo fosfoenolpiruvato (PEP) priklausoma fosfotransferazės sistema, skirta gliukozės įsisavinimui, buvo inaktyvuota ir pakeista alternatyviu gliukozės įsisavinimo keliu: GalP permeaze (galP) ir gliukokinazė (glk). Šie pokyčiai padidino PEP kiekį, kurį galima naudoti redokso balansui palaikyti, taip pat padidino energijos vartojimo efektyvumą, nes nebereikėjo gaminti papildomo PEP iš piruvato – reakcijai, kuriai reikalingi du ATP ekvivalentai [97].

Nors racionalus dizainas, pagrįstas dabartiniu metabolizmo supratimu, yra pagrindinis medžiagų apykaitos inžinerijos ir sintetinės biologijos komponentas, mūsų ribotas supratimas apie sudėtingą medžiagų apykaitos tinklą ir kiekvienos reakcijos dinaminę kinetiką gali lemti nuspėjamųjų modelių nesėkmę. Šiame pavyzdyje buvo įrodyta, kad metabolinė evoliucija yra puikus alternatyvus padermės gerinimo metodas, per kurį būtų atrenkamos šiuo metu nenuspėjamos reakcijos, siekiant išplėsti ląstelių metabolinį pajėgumą [87]. Suprasdami mutacijas, kurios leido pasiekti pageidaujamą sukcinatą gaminančios padermės veikimą, turime daugiau galimybių perdaryti būsimas sistemas. Norėdami tai įrodyti, E. coli buvo dar kartą perkurtas remiantis išsivysčiusios padermės išvadomis [98]. Šį kartą projektavimo strategija buvo pakeista nuo konkurencingų fermentacijos būdų inaktyvavimo prie energijos taupymo būdų, skirtų veiksmingai sukcinato gamybai (4 paveikslas (e)). Padidinus pck genų ekspresiją ir inaktyvuoja natūralią gliukozės PTS sistemą, gimtąją E. coli medžiagų apykaitos sistema buvo paversta efektyvia sukcinato sintetine sistema, lygiaverte natūraliam sukcinatą gaminančių prieskrandžio bakterijų keliui [98].


a)
b)
c)
d)
(e)
a)
b)
c)
d)
(e) Sintetiniai keliai E. coli kuro ir cheminių medžiagų gamybai mūsų laboratorijoje: 4(a) Natūralūs gliukozės fermentacijos metaboliniai keliai E. coli 4(b) sintetiniai būdai D-laktato, etanolio, L-laktato ir L-alanino gamybai 4(c) sintetiniai būdai piruvatui ir acetatui gaminti 4(d) sintetinis būdas ksilitoliui gaminti, 4(e) sintetinis būdas sukcino gamybos būdas. ★ nurodyti geno deleciją. Genai ir fermentai: ackA, acetatkinazė adhABalkoholio dehidrogenazė (Z. mobilis) adhE, alkoholio/aldehido dehidrogenazė alaD, L-alanino dehidrogenazė (G. stearothermophilus) crr, gliukozei specifinis fosfotransferazės fermento IIA komponentas frd, fumarato reduktazė dūmai, fumarazė galP, galaktozės ir protonų simporteris (gliukozės permeazė) glk, gliukokinazė ldhA, D-laktato dehidrogenazė ldhL, L-laktato dehidrogenazė (P. acidilactici) mdh, malato dehidrogenazė pdc, piruvato dekarboksilazės pflB, piruvato formato liazė ppc, fosfenolpiruvato karboksilazė pta, fosfato acetiltransferazė ptsG, PTS sistemos gliukozei būdingas EIICB komponentas ptsH, fosfonešio baltymas HPr ptsI, fosfoenolpiruvato-baltymų fosfotransferazė (fosfotransferazės sistema, fermentas I) pyk, piruvato kinazė xrdksilozės reduktazė (C. boidinii) xylB, ksilulokinazė. Metabolitai: G6P, gliukozės-6-fosfatas G3P, glicerolis-3-fosfatas PEP, fosfenolio piruvatas X5P, D-ksiluliozės-5-fosfatas.
3.2. D-laktatas

D-laktatas plačiai naudojamas kaip speciali cheminė medžiaga maisto ir farmacijos pramonėje. Jis taip pat gali būti derinamas su L-laktatu polipieno rūgšties (PLA) gamybai – vis populiaresniam biologiškai atsinaujinančiam ir biologiškai skaidomam plastikui [99, 100], kurio komercinė sėkmė akivaizdžiai priklauso nuo gamybos sąnaudų. Nors gliukozė yra dabartinis fermentacinio laktato gamybos substratas, pageidautina gaminti šią prekinę cheminę medžiagą iš lignoceliuliozės žaliavos, kurioje yra cukrų mišinio. Kai kurios pieno rūgšties bakterijos turi pageidaujamą natūralų gebėjimą gaminti didelį kiekį D-laktato esant žemo pH sąlygoms, kai žemas pH sumažina proceso sąnaudas [101, 102]. Tačiau šioms pieno rūgšties bakterijoms reikalingos sudėtingos maistinės medžiagos, o daugelis jų neturi galimybės fermentuoti pentozės cukrų. Pieno rūgšties bakterijos, kurios fermentuoja pentozės cukrų, deja, gamina laktato ir acetato mišinį, todėl nėra tinkamas pagrindas komercinei D-laktato gamybai. Nors E. coli gali efektyviai fermentuoti daug cukrų paprastoje mineralinių druskų terpėje, būdingas D-laktato produktyvumas yra mažas, taip pat susidaro kiti nepageidaujami metabolitai [103]. Todėl, E. coli metabolinė sistema buvo pertvarkyta, kad būtų pasiektos norimos didelės D-laktato derliaus ir produktyvumo savybės.

E. coli W3110 padermė buvo naudojama kaip važiuoklė D-laktato gamybai, taikant perprojektavimo strategiją, kurioje pagrindinis dėmesys buvo skiriamas konkurencingų fermentacijos būdų inaktyvavimui [104]. Ištrynus genus, koduojančius fumarato reduktazę (frdABCD), alkoholio/aldehido dehidrogenazė (adhE), piruvato formiato liazė (pflB) ir acetatkinazė (ackA), gauta padermė SZ63 gali oksiduoti NADH tik per D-laktato sintezę (4 paveikslas (b)). Nors ši padermė mineralinių druskų terpėje galėjo visiškai panaudoti 5 % (m/t) gliukozės, kurios išeiga buvo artima teoriniam maksimumui (96 %), tūrinis D-laktato produktyvumas 0,42 g/l/h buvo palyginti mažas, palyginti su pieno rūgštimi. bakterijos [35]. Be to, ši padermė negali panaudoti nei sacharozės, nei visiškai panaudoti 10 % (m/v) cukraus [35]. Todėl an E. coli W darinys buvo pasirinktas kaip važiuoklė tvirtesnei D-laktato gamybai [35, 105]. Pertvarkius centrinį metabolizmą taip, kad D-laktato gamyba būtų vienintelė NADH oksidavimo priemonė, metabolinė evoliucija buvo naudojama siekiant dar labiau pagerinti ląstelių augimą ir D-laktato produktyvumą. Gauta padermė SZ194 efektyviai sunaudojo 12 % (m/v) gliukozės mineralinių druskų terpėje ir pagamino 110 g/l D-laktato [105], kurio tūrinis produktyvumas buvo 2,14 g/l/h, ty 5 kartus daugiau nei W3110 darinys. Biokatalizatorius buvo toliau optimizuotas pašalinant metilglioksalio sintazės geną (mgsA) pašalinti L-laktato gamybą ir metabolizmo evoliucijos būdu padidinti derlių ir produktyvumą. Galutinė D-laktatą gaminanti padermė TG114 gali paversti 12 % (m/v) gliukozės į 118 g/l D-laktatą su puikiu derliumi (98 %) ir produktyvumu (2,88 g/l/h) [22].

3.3. Acetatas

Acetatas yra prekinė cheminė medžiaga, kurios 2001 m. pasaulyje buvo pagaminta 6,8 mln. metrinių tonų [23]. Biologinė acetato gamyba sudaro tik 10% pasaulio produkcijos, daugiausia acto pavidalu, o likusi dalis gaminama naudojant naftos chemijos būdus [106–108]. Biologinėje prekinių cheminių medžiagų gamyboje istoriškai pagrindinis dėmesys buvo skiriamas anaerobinei sumažintų produktų gamybai, nes substrato praradimas kaip ląstelių masė ir CO2 yra minimalus, o produktų išeiga yra didelė. Priešingai, acetatas yra oksiduota cheminė medžiaga, o tradicinė biologinė gamyba apima sudėtingą dviejų etapų procesą: cukrų fermentaciją į etanolį. Saccharomyces, po to aerobinis etanolio oksidavimas iki acetato Acetobakterijos [106–108]. Kad būtų galima mikrobiškai gaminti redoksui neutralius arba oksiduotus produktus dideliu derliumi, biokatalizatoriaus metabolizmas turi būti pertvarkytas, kad būtų derinami tiek fermentacinio, tiek oksidacinio metabolizmo požymiai.

Perprojektavimas E. coli W3110 metabolizmas acetato gamybai buvo sutelktas į tris pagrindinius būdus: fermentacinį metabolizmą, oksidacinį metabolizmą ir energijos tiekimą (4 paveikslas (c)) [23]. Konkurencingi fermentacijos keliai (pflB, ldhA, frd, adhE) buvo inaktyvuoti, kad būtų išvengta įprasto piruvato pirmtako vartojimo, o oksidacinės trikarboksirūgšties (TCA) ciklas buvo nutrauktas, siekiant sumažinti anglies, kaip CO, praradimą.2. Galiausiai oksidacinis fosforilinimas buvo sutrikdytas (atpFH) sumažinti ATP gamybą, išlaikant gebėjimą oksiduoti NADH elektronų pernešimo sistema, taip padidinant glikolitinį srautą, kad būtų daugiau ATP gamybos per substrato lygio fosforilinimą. Nors ir racionaliai suprojektuotas, gautas štamas TC32 turėjo nepageidaujamą auksotrofinį sukcinato poreikį augant terpėje, kurioje mažai gliukozės. Šiai auksotrofijai pašalinti buvo panaudota evoliucija, o galutinis štamas TC36 mineralinių druskų terpėje pagamino 878 mM acetato (53 g/l) su 75 % didžiausios teorinės išeigos. Nors tai yra mažesnis titras nei acetatas, susidarantis oksiduojant etanolį AcetobakterijosTC36 gamybos greitis yra dvigubai didesnis, jam reikia tik mineralinių druskų terpės ir jis gali metabolizuoti daugybę anglies šaltinių per paprastą vieno etapo procesą [23].

3.4. Kiti

Butanolis yra puikus alternatyvus transportas, turintis keletą pranašumų, palyginti su etanoliu, įskaitant didesnį energijos kiekį, mažesnį lakumą, mažesnį hidroskopiškumą ir mažesnį korozinį poveikį [109]. Perprojektavimas E. coli Butanolio gamyba aptariama toliau. C. acetobutylicum ATCC 824 natūraliai gamina butanolį ir buvo perkurtas siekiant padidinti butanolio gamybą ir sumažinti bendro produkto kaupimąsi. Metabolizmo inžinerijos tipo modifikacijos, tokios kaip per didelė acetono susidarymo kelio ekspresija, siekiant padidinti butanolio pirmtako butiril-CoA susidarymą, transkripcijos represoriaus SolR inaktyvacija ir alkoholio / aldehido dehidrogenazės perteklius padidino butanolio gamybą [110–112]. Puikus sintetinės biologijos tipo pritaikymo pavyzdys – butiratkinazės geno ekspresija buvo tiksliai suderinta racionaliai suprojektuota antisensine RNR, siekiant padidinti butanolio gamybą [113].

1,2-propandiolis (1,2-PD) yra pagrindinė cheminė medžiaga, šiuo metu gaunama iš propileno. E. coli natūraliai gamina nedidelius 1,2-PD kiekius, todėl jo metabolizmas buvo pertvarkytas taip, kad būtų gaminamas didelis 1,2-PD išeiga ir titras iš gliukozės. esminiai 1,2-PD sintetinio kelio genai (metilglioksalio sintazė, glicerolio dehidrogenazė ir 1,2-PD oksidoreduktazė) [114]. Evoliucija taip pat buvo naudojama kartu su racionaliu dizainu, siekiant padidinti 1,2-PD gamybą [115].

L-valinas, nepakeičiama hidrofobinė ir šakotos grandinės aminorūgštis, naudojama kosmetikoje, farmacijoje ir gyvūnų pašarų prieduose [116]. E. coli buvo perkurtas L-valino gamybai, esant dideliam išeigumui ir titrui iš gliukozės, derinant tradicinę medžiagų apykaitos inžineriją ir sintetinę biologiją. Tradicinė medžiagų apykaitos inžinerija buvo naudojama siekiant inaktyvuoti konkuruojančius kelius ir per daug ekspresuoti acetohidroksirūgšties sintazę I (ilvBN), valino biosintezės kelio dalis. Deja, E. coli važiuoklė turi reguliavimo elementus, kurie griežtai kontroliuoja L-valino biosintezę, todėl sunku gaminti valiną esant dideliam derliui ir titrui. Grįžtamojo ryšio slopinimas buvo pašalintas racionaliai nukreipus į vietą acetohidroksirūgšties sintazės III mutagenezę. Puikiai demonstruojant aukščiau aptartus genų ekspresijos derinimo metodus, valino biosintezės genų transkripcijos susilpnėjimas ilvGMEDA buvo pašalintas pakeitus atenuatoriaus lyderio sritį konstituciniu tac propaguotojas. Transkripto analizė ir in silico Modeliuojant buvo atrenkami papildomi tiksliniai genai, skirti amplifikacijai ir delecijai, o galutinis biokatalizatorius pagamino 0,378 g L-valino vienam g gliukozės, todėl iš 20 % (m/t) gliukozės gaunamas 7,55 g/l valino titras [116]. Panaši strategija taip pat buvo naudojama L-treonino gamybai [117].

4. Pertvarkymas įvedant svetimus ar nenatūralius būdus

4.1. Užsienio keliai
4.1.1. Etanolis

Etanolis yra atsinaujinantis transporto kuras. Benzino pakeitimas etanoliu žymiai sumažintų JAV priklausomybę nuo naftos importo, padidintų nacionalinį saugumą ir sumažintų aplinkos taršą [118]. Tačiau 2008 m. buvo pagaminta tik 9 milijardai galonų etanolio ir visi buvo pagaminti iš kukurūzų. Lignoceliuliozė paprastai laikoma puikiu cukrų šaltiniu, kurį galima paversti degalų etanoliu. Todėl pageidautina sukurti arba gauti biokatalizatorius, kurie galėtų panaudoti visus lignoceliuliozės cukraus komponentus ir paversti juos etanoliu su dideliu derlingumu ir produktyvumu mineralinių druskų terpėje. Gimtoji S. cerevisiae ir Z. mobilis padermės gali efektyviai paversti gliukozę į etanolį, bet negali panaudoti pentozės cukraus. Priešingai, E. coli padermės gali panaudoti visus lignoceliuliozės cukraus komponentus, tačiau etanolis yra tik nedidelis fermentacijos produktas, o mišrios rūgštys kaupiasi kaip pagrindinis fermentacijos produktas [103]. Nors pastaruoju metu buvo pasiekta inžinerijos gimtoji E. coli etanolio gamybos medžiagų apykaitos keliai [119], sėkmingiausias pavyzdys naudojo svetimą metabolizmo kelią, leidžiantį gaminti etanolį E. coli padermė W (ATCC# 9637) [1].

Etanolio gamybos pertvarkymas buvo atsietas į tris dalis: metabolizmo kelio kūrimas etanolio, kaip pagrindinio fermentacijos produkto, gamybai, konkurencingų NADH oksidacijos būdų pašalinimas ir šalutinių produktų susidarymo sutrikimas. The Z. mobilis homoetanolio kelias (piruvato dekarboksilazė ir alkoholio dehidrogenazė) buvo įvestas kaip pašalinis kelias, leidžiantis subalansuotai gaminti etanolį dideliu derliumi [120] (4 pav. (b). Tada fumarato reduktazė (frd) buvo sutrikdytas, kad padidėtų etanolio išeiga. Gauta padermė KO11 sudėtingoje terpėje pagamino 95% etanolio [121]. Ši padermė buvo sukurta medžiagų apykaitos inžinerijos pradžioje ir buvo naudojama etanoliui gaminti iš įvairių lignoceliuliozės medžiagų, kaip apžvelgta [1].

Nors KO11 etanolio gamybos greitis buvo toks pat didelis kaip mielių, etanolio tolerancija ir efektyvumas minimalioje terpėje neatitiko norimų standartų. Todėl padermė SZ110, KO11 darinys, modifikuotas laktato gamybai mineralinių druskų terpėje [35], buvo perkurtas etanolio gamybai [122]. Kaip ir projektuojant KO11, SZ110 pertvarkymas buvo atsietas nuo etanolio sintetinio kelio sukūrimo, konkurencinių NADH oksidacijos takų pašalinimo ir pašalinių produktų susidarymo blokavimo. Tačiau ši pertvarkymo strategija taip pat apėmė mišraus cukraus bendro naudojimo paspartinimą. Laktato gamybos kelias buvo sutrikdytas ir Z. mobilis homoetanolio kelias buvo integruotas į chromosomą atsitiktinai įterpiant, kad būtų pasirinkta optimali ekspresija. The Pseudomonas putida trumpos grandinės esterazė (estZ) [123] buvo įvestas siekiant sumažinti etilo acetato kiekį fermentacijos sultinyje ir sumažinti tolesnio valymo išlaidas. Be to, metilglioksalio sintazė (mgsA) buvo inaktyvuotas, dėl to įvyko bendras gliukozės ir ksilozės metabolizmas ir pagreitėjo 5 cukrų mišinio (manozės, gliukozės, arabinozės, ksilozės ir galaktozės) metabolizmas į etanolį [25]. Panaudojus evoliuciją ląstelių augimui ir gamybai padidinti, galutinė padermė LY168 gali tuo pačiu metu metabolizuoti sudėtingą penkių pagrindinių cukrų, esančių lignoceliuliozinėje biomasėje, derinį su dideliu derlingumu ir produktyvumu mineralinių druskų terpėje [25].

4.1.2. L-laktatas

Kaip aprašyta aukščiau, L-laktatas yra pagrindinis biologiškai skaidaus plastiko PLA komponentas. Nors daugelis pieno rūgšties bakterijų gamina L-laktatą dideliu derliumi ir produktyvumu [124], joms paprastai reikalingos sudėtingos maistinės medžiagos. E. coli neturi vietinio L-laktato gamybos kelio, todėl buvo būtina įvesti svetimą kelią.

Pertvarkymo strategija E. coli W3110, skirtas L-laktato gamybai, turėjo pašalinti konkurencinius NADH oksidacijos kelius ir tada sukurti pageidaujamą L-laktato sintezės kelią (4 (b) pav.) [125]. L-laktato gamybos kelias, L-laktato dehidrogenazė (ldhL) iš Pediococcus acidilactici, buvo naudojamas, o jo kodavimo sritis ir terminatorius buvo integruoti į E. coli chromosoma ties ldhA svetainę, taigi ldhL galėtų būti išreikštas pagal gimtąją ldhA propaguotojas. Be to, nuo ldhL genas turi silpną ribosomų surišimo sritį, ši sritis buvo racionaliai pakeista ldhARBS [125]. Po tam tikro metabolinės evoliucijos laikotarpio gauta padermė SZ85 susintetino 45 g/l L-laktato mineralinių druskų terpėje, o išeiga yra artima teoriniam maksimumui (94%). Tačiau ši padermė buvo K-12 darinys ir turėjo tas pačias problemas, kaip ir anksčiau aprašytoje D-laktatą gaminančioje padermėje K12 pagrindu, o tai reiškia, kad ji negalėjo visiškai fermentuoti didelės cukraus koncentracijos ir buvo mažo produktyvumo (0,65 g/ml). L/h). Todėl ta pati projektavimo strategija buvo įgyvendinta an E. coli W (ATCC# 9637) darinys. Po tolesnio ištrynimo mgsA genas chiraliniam grynumui pagerinti ir naudojant metabolinę evoliuciją ląstelių augimui ir produktyvumui pagerinti, galutinė L-laktatą gaminanti padermė TG108 gali paversti 12% gliukozės į 116g/l L-laktatą su puikiu derliumi (98%) ir produktyvumu. (2,29 g/l/val.) [22].

4.1.3. Ksilitolis

Pentahidroksicukraus alkoholis ksilitolis dažniausiai naudojamas sacharozei maiste pakeisti ir kaip natūralus nemaistingas saldiklis, stabdantis dantų ėduonies susidarymą [126]. Ksilitolis taip pat gali būti naudojamas kaip statybinis blokas naujų polimerų sintezei [127]. Dabartinė komercinė ksilitolio gamyba apima iš hemiceliuliozės gautos ksilozės hidrinimą aktyviu metalo katalizatoriumi [127]. Neseniai buvo sukurti ir biologiniai procesai, tačiau, nors kai kurios mielės pasiekė aukštą ksilitolio titrą, procesui reikalinga sudėtinga terpė su daugybe brangių vitaminų papildų [128]. Nors E. coli neturi natūralios galimybės sintetinti ksilitolį, buvo pasiūlyta W3110 padermės perprojektavimo strategija, apimanti svetimą metabolizmo kelią [26].Siūlomame pertvarkyme gliukozė palaikytų ląstelių augimą ir sudarytų redukuojančius ekvivalentus, o ksilozė būtų naudojama kaip ksilitolio sintezės substratas (4 pav. d). Projektavimo strategiją sudarė trys pagrindiniai komponentai: gliukozės ir ksilozės bendras panaudojimas, ksilozės metabolizmo atskyrimas nuo centrinio metabolizmo ir ksilitolio gamybos kelio sukūrimas (4 pav. d). Kad gliukozę ir ksilozę būtų galima panaudoti kartu, gliukozės sukeltas ksilozės metabolizmo slopinimas buvo pašalintas pakeičiant natūralią. crp genas su nuo cAMP nepriklausomu mutantu (CRP*). Ksilozės metabolizmas buvo atskirtas nuo centrinio metabolizmo pašalinant ksilulokinazę (xylB) genas, užkertantis kelią ksilozės anglies praradimui į centrinį metabolizmą. Galiausiai, ksilozės reduktazė ir ksilitolio dehidrogenazė iš kelių mikroorganizmų buvo ištirta dėl ksilitolio sintetinio gebėjimo, o nuo NADPH priklausoma ksilozės reduktazė C. boidinii Nustatyta, kad (CbXR) palaiko optimalią ksilitolio gamybą. Galutinė padermė PC09 (CbXR) gali pagaminti 250 mM (38 g/l) ksilitolio mineralinių druskų terpėje. Išeiga buvo 1,7 mol ksilitolio vienam moliui suvartotos gliukozės, kuri buvo padidinta iki 4,7 mol/mol naudojant ramybės būsenas. Buvo pasiūlyta, kad ksilitolio gamybą būtų galima dar labiau pagerinti didinant redukuojančių ekvivalentų pasiūlą [129].

4.1.4. L-alaninas

L-alaninas gali būti naudojamas kartu su kitomis L-aminorūgštimis kaip mitybos terapija prieš ir po operacijos farmacijos ir veterinarijos reikmėms [130]. Jis taip pat naudojamas kaip maisto priedas dėl saldaus skonio. Pasaulyje per metus pagaminama apie 500 tonų L-alanino [131], o šią rinką šiuo metu riboja gamybos sąnaudos. Dabartinis komercinis gamybos procesas paverčia aspartatą į alaniną per aspartato dekarboksilazę, kur aspartatas gaminamas iš fumarato aspartato amoniako-liazės katalizės būdu [27]. Veiksmingas fermentacijos procesas su atsinaujinančia žaliava, tokia kaip gliukozė, suteikia galimybę sumažinti L-alanino sąnaudas ir palengvinti platų alanino rinkos išplėtimą į kitus produktus.

SZ194, vedinys iš E. coli W (ATCC# 9637), kuri anksčiau buvo sukurta D-laktato gamybai, buvo naudojama kaip L-alanino gamybos važiuoklė [27] (4 pav. b). Alanino gamyboje vietinėje padermėje naudojama nuo glutamato ir NADPH priklausoma glutamato-piruvato aminotransferazė. Pageidautina gaminti L-alaniną tiesiogiai iš piruvato ir amoniako, naudojant nuo NADH priklausomą fermentą, taigi ir L-alanino dehidrogenazę (alaD) apie Geobacillus stearothermophilus buvo įdarbintas. Natūrali ribosomų surišimo vieta, koduojanti sritis ir terminatorius alaD genas buvo integruotas į E. coli chromosoma ties ldhA svetainę, todėl ta išraiška alaD gali būti kontroliuojamas vietinio reklamuotojo ldhA, promotorius, kuris gerai dirbo gaminant D- ir L-laktatą, kaip aprašyta aukščiau. Tolesnis pertvarkymas buvo skirtas laktato pėdsakų pašalinimui ir L-alanino chiralinio grynumo didinimui, pašalinant mgsA ir pagrindinis alanino racemazės genas (tėtisX). Metabolinė evoliucija padidino galutinį titrą ir produktyvumą atitinkamai 15 ir 30 kartų (3 pav.). Naujausia L-alaniną gaminanti padermė XZ132 pavertė 12 % gliukozės į 114 g/l L-alaniną su 95 % išeiga ir puikiu tūriniu produktyvumu – 2,38 g/l/h [27].

4.1.5. Kelių pašalinių kelių sujungimas vienoje važiuoklėje

Nors aukščiau aprašytas darbas buvo pagrįstas vieno svetimo kelio įvedimu, yra ir kitų puikių pavyzdžių, kuriuose naudojami keliai iš daugiau nei vieno organizmo viename šeimininke.

E. coli buvo pertvarkytas 1,3-propandiolio gamybai naudojant S. cerevisiae būdas paversti gliukozę gliceroliu ir a K. pneumonija glicerolio pavertimo 1,3-propandioliu būdas [132]. E. coli taip pat buvo perkurtas izopropanolio gamybai, derinant acetil-CoA acetiltransferazę (thl) ir acetoacetato dekarboksilazę (adc) iš C. acetobutylicum su antrąja alkoholdehidrogenaze (adh) iš C. beijerinckii ir E. colisavo acetoacetil-CoA transferazę (atoAD) [133]. Artemizino rūgštį, priešmaliarinio vaisto artemizino pirmtaką, pagamino E. coli po mevalonato kelio derinio iš S. cerevisiae ir E. coli, amorfadieno sintazė ir nauja citochromo P450 monooksigenazė (CYP71AV1) iš Artemisia annua [12, 134].

S. cerevisiae buvo perkurta flavanono gamybai derinant Arabidopsis thaliana cinamato 4-hidroksilazė (C4H), Petroselinum crispum 4-kumaroilas: CoA ligazė (4CL) ir Petunija chalkono sintazė (CHS), Petunija chalkono izomerazės (CHI) [135]. Taip pat buvo sukurta panaši sintetinė sistema, gaminanti hidroksilintus flavonolius E. coli su papildomu stiprinimu C. roseus P450 flavonoidas

- hidroksilazė (F H), susiliejusi su P450 reduktaze, Malus domestica flavanonas 3β-hidroksilazė (FHT) ir Arabidopsis thaliana flavonolio sintazė (FLS) [136]. Flavonoidų gamyba žymiai padidėjo toliau pertvarkant centrinę medžiagų apykaitos sistemą E. coli padidinti pirmtaką (Malonil-CoA) tiekimas [137].

4.2. Natūralių nenatūralių junginių gamybos būdų modifikavimas

Vienas iš sintetinės biologijos tikslų yra sukurti arba sukonstruoti naujas genetines grandines. Iki šiol pateiktuose pavyzdžiuose esamos biologinės dalys buvo surinktos iš naujo, kad būtų sukurtas biokatalizatorius, kuris efektyviai gamina gamtoje jau egzistuojantį produktą. Tačiau taip pat galima sukurti medžiagų apykaitos kelius, kad susidarytų nenatūralūs junginiai.

Kaip aptarta aukščiau, kryptinga baltymų evoliucija gali pakeisti jų aktyvumą taip, kad atpažįstami nauji substratai arba susidaro nauji produktai [138]. Pavyzdžiui, nauji karotinoidų junginiai buvo sukurti evoliucijos būdu dviem pagrindiniais karotinoidų sintetiniais fermentais – fitoeno desaturaze ir likopeno ciklazei [139]. Be to, kombinatorinė biosintezė, kuri sujungia skirtingų organizmų genus į heterologinį šeimininką, taip pat gali generuoti naujus produktus [140]. Pavyzdžiui, keturi anksčiau nežinomi karotinoidai buvo pagaminti kombinatorinės biosintezės būdu E. coli [141].

4.3. De Novo kelio dizainas

Norint išplėsti turimą biosintezės erdvę, būtina neapsiriboti natūraliais būdais ir projektavimo būdais de novo [142]. Nors ši įdomi dizaino strategija vis dar turi daug iššūkių, buvo pranešta apie keletą sėkmingų pavyzdžių.

Pavyzdžiui, buvo sukurtas sintetinis 3-hidroksipropiono rūgšties (3-HP) gamybos būdas, apimantis nenatūralią izomerizaciją. α- alaninas β-alaninas, kaip minėta aukščiau. Šiame pavyzdyje tyrėjai panaudojo kryptingą evoliuciją, siekdami išplėsti lizino 2,3-aminomutazės substrato specifiškumą ir įtraukti α-alaninas [73]. Gautas βTada alaninas per esamus metabolizmo kelius gali būti paverstas 3-HP.

Nenatūralūs būdai didinti alkoholio gamybą E. coli buvo sukurti derinant natūralius aminorūgščių sintezės būdus su 2-keto rūgšties dekarboksilaze iš Lactococcus lactis ir alkoholio dehidrogenazės iš S. cerevisiae [143]. Tarpiniai 2-keto rūgščių produktai aminorūgščių biosintezės keliuose buvo nukreipti iš aminorūgščių gamybos į alkoholio gamybą, todėl buvo galima gaminti 3-metil-1-pentanolį. Tada šis kelias buvo išplėstas, kad būtų galima gaminti nenatūralius alkoholius, racionaliai pertvarkant du fermentus, o gauti biokatalizatoriai sugebėjo sintetinti įvairius nenatūralius alkoholius, kurių ilgis svyruoja nuo penkių iki aštuonių anglies atomų [144].

4.4. Inžinerinis atsparumas slopinantiems junginiams

Didėjant mūsų biologiškai pagamintų junginių repertuarui, tolerancija dideliems produktų titrams tampa svarbesnė. Biodegalai, tokie kaip etanolis ir butanolis, gali slopinti biokatalizatoriaus augimą, todėl reikia pagerinti biokatalizatoriaus toleranciją [145–147]. Kaip aprašyta aukščiau, mūsų tikslas yra naudoti lignoceliuliozės biomasę kaip substratą prekinio kuro ir cheminių medžiagų gamybai. Deja, procesai, naudojami biomasei paversti tirpiu cukrumi, taip pat gamina nedidelių produktų, tokių kaip furfurolas ir acto rūgštis, mišinį, kuris slopina biokatalizatoriaus metabolizmą [148]. Nors daugumą šių inhibitorių būtų galima pašalinti detoksikuojant [149], šis papildomas procesas padidintų veiklos sąnaudas. Todėl pageidautina gauti mikroorganizmų, kurie būtų tolerantiški šiems inhibitoriams ir gali tiesiogiai fermentuoti hemiceliuliozės hidrolizatą.

Vienas iš būdų padidinti toleranciją yra suprasti slopinimo mechanizmą. Transkripto analizė buvo naudojama norint nustatyti atsaką į etanolį [145, 150], furfurolą [151] ir butanolį [147]. Kitas būdas yra naudoti nukreiptą evoliuciją, kaip parodyta toliau pateiktame pavyzdyje. Etanologinis E. coli padermė LY180 (LY168 darinys su atkurtu laktozės panaudojimu ir endogliukanazės integravimu bei celobiozės panaudojimu) buvo naudojama kaip važiuoklė, siekiant atrinkti atsparumą furfurolui evoliucijos metu [148]. Išsivysčiusi padermė, EMFR9, žymiai padidino atsparumą furfurolui. Atvirkštinės inžinerijos pastangos, įskaitant transkripto analizę, priskyrė furfurolo atsparumą kelių oksidoreduktazių slopinimui. Šios oksidoreduktazės naudoja NADPH furfurolui redukuoti, išeikvodamos turimus telkinius biosintezei. Taigi furfurolo sukeltas augimo slopinimas gali būti siejamas su NADPH išeikvojimu [148], įžvalga, kurią galima pritaikyti kitiems biokatalizatorių projektavimo projektams.

5. Perspektyvos

Nors daugelis biokatalizatorių buvo sėkmingai perkurti pramoniniu požiūriu svarbių degalų ir cheminių medžiagų gamybai taikant tradicinę medžiagų apykaitos inžineriją, mes tik pradedame matyti sintetinės biologijos potencialą šioje srityje. Vienas iš svarbiausių mūsų laboratorijos tikslų yra biomasės panaudojimo biokatalizatorių tobulinimas. Norint pasiekti šį tikslą, reikia pagerinti toleranciją hidrolizato inhibitoriams. Visoms reikmėms taip pat svarbu toleruoti aukštus substrato ir produktų titrus. Šis biokatalizatoriaus fenotipo, ty tolerancijos, pertvarkymo tikslas nėra toks aiškus, kaip metabolizmo pertvarkymas, o racionalaus perkūrimo strategija yra ypač sudėtinga, kai nežinomas slopinimo mechanizmas.

Gerėjant mūsų biokatalizatorių supratimui, ypač naudojant atvirkštinę išsivysčiusių padermių inžineriją, genomo masto modeliai gali būti patobulinti. Kinetinių ir reguliavimo efektų įtraukimas taip pat pagerins šių modelių tikslumą ir nuspėjamąją galią. Atkreipkite dėmesį, kad neseniai buvo sukurti kai kurie modeliai, kurie apeina kinetinių duomenų poreikį [152]. Kadangi fermentai yra pagrindinė funkcinė dalis, atliekanti metabolinę sintezę, patobulinti baltymų inžinerijos įrankiai ir naujas baltymų katalizinis pajėgumas padės tobulėti šioje srityje. Svarbu sukurti aukštos kokybės baltymų mutagenezės bibliotekas (santykinai mažas bibliotekas su didele fermentų įvairove), kad būtų lengviau atlikti efektyvias atrankos pastangas [138]. Tiesioginis atranka iš aplinkos mėginių metagenominių bibliotekų gali padėti išskirti naujų funkcijų turinčius fermentus, kurių negalima gauti naudojant tradicinius padermių išskyrimo metodus [153]. Fermentus netgi galima susintetinti nuo nulio, taikant racionalią projektavimo strategiją su skaičiavimo pagalba [154]. Pagaliau nauji įrankiai geresniam de novo reikia sukurti sintetinių takų dizainą. Jau buvo sukurtos kelios duomenų bazės, tokios kaip BNICE (Biochemical Network Integrated Computational Explorer) [155] ir ReBiT (Retro-biosintezės įrankis) [142], kurios palengvina fermentų identifikavimą, kad būtų galima sukurti visą sintetinį kelią tikslinių junginių gamybai. Svarbu nustatyti gaires, tokias kaip redokso balansas, energijos gamyba ir termodinaminis įgyvendinamumas, kad būtų galima nustatyti optimalius maršrutus tarp šių didžiulių būdų.

Į medžiagų apykaitos inžinerijos projektus įtraukus sintetinės biologijos įrankius ir atvirkščiai, šios dvi sritys gali žymiai paspartinti naftos produktų pakeitimą tais, kurie gaminami iš biologiškai atsinaujinančios anglies ir energijos.

Nuorodos

  1. L. R. Jarboe, T. B. Grabar, L. P. Yomano, K. T. Shanmugan ir L. O. Ingram, „Etanologinių bakterijų vystymasis“, Biocheminės inžinerijos/biotechnologijų pažanga, t. 108, p. 237–261, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  2. D. G. Gibsonas, G. A. Benders, C. Andrews-Pfannkoch ir kt., „Visiška Mycoplasma genitalium genomo cheminė sintezė, surinkimas ir klonavimas“, Mokslas, t. 319, Nr. 5867, p. 1215–1220, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  3. C. Laitigue, S. Vashee, M. A. Algire ir kt., „Bakterijų padermių kūrimas iš genomų, kurie buvo klonuoti ir modifikuoti mielėse“, Mokslas, t. 325, Nr. 5948, p. 1693–1696, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  4. J. E. Bailey, „Metabolizmo inžinerijos mokslo link“, Mokslas, t. 252, Nr. 5013, p. 1668–1675, 1991. Žiūrėti: Google Scholar
  5. G. Stephanopoulos ir J. J. Vallino, „Tinklo standumas ir medžiagų apykaitos inžinerija metabolitų perprodukcijoje“, Mokslas, t. 252, Nr. 5013, p. 1675–1681, 1991. Žiūrėti: Google Scholar
  6. G. N. Stephanopoulos, A. A. Aristidou ir J. Nielsen, Metabolizmo inžinerija: principai ir metodikos, Academic Press, San Diegas, Kalifornija, JAV, 1998 m.
  7. P. Ball, „Sintetinė biologija: pradedant nuo nulio“, Gamta, t. 431, Nr. 7009, p. 624–626, 2004. Žiūrėti: Google Scholar
  8. S. A. Benner ir A. M. Sismour, „Sintetinė biologija“, Gamtos apžvalgos Genetika, t. 6, Nr. 7, p. 533–543, 2005. Žiūrėti: Google Scholar
  9. R. McDaniel ir R. Weiss, „Sintetinės biologijos pažanga: kelyje nuo prototipų iki taikomųjų programų“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 16, Nr. 4, p. 476–483, 2005. Žiūrėti: Google Scholar
  10. J. Pleissas, „Sintetinės biologijos pažadas“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 73, Nr. 4, p. 735–739, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  11. L. Serrano, „Sintetinė biologija: pažadai ir iššūkiai“, Molekulinių sistemų biologija, t. 3, straipsnis 158, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  12. J. D. Keaslingas, „Sintetinė biologija sintetinei chemijai“, ACS cheminė biologija, t. 3, Nr. 1, p. 64–76, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  13. A. C. Forster ir G. M. Church, „Sintetinės biologijos projektai in vitro“, Genomo tyrimai, t. 17, Nr. 1, p. 1–6, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  14. D. Greber ir M. Fussenegger, „Sintetinė žinduolių biologija: sudėtingų genų tinklų inžinerija“, Biotechnologijų žurnalas, t. 130, Nr. 4, p. 329–345, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  15. W. Weberis ir M. Fusseneggeris, „Sintetinės biologijos poveikis vaistų atradimui“, Narkotikų atradimas šiandien, t. 14, Nr. 19–20, p. 956–963, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  16. C. E. French, „Sintetinė biologija ir biomasės konversija: degtukas sukurtas danguje? Karališkosios draugijos sąsajos žurnalas, t. 6, 4 priedas, p. S547–S558, 2009. Žiūrėti: Google Scholar
  17. S. K. Lee, H. Chou, T. S. Ham, T. S. Lee ir J. D. Keasling, „Mikroorganizmų metabolizmo inžinerija biodegalų gamybai: nuo klaidų iki sintetinės biologijos iki degalų“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 19, Nr. 6, p. 556–563, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  18. S. Picataggio, „Galimas sintetinės biologijos poveikis mikrobų sistemų, skirtų atsinaujinančio kuro ir cheminių medžiagų gamybai, kūrimui“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 20, Nr. 3, p. 325–329, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  19. A. M. Feist, C. S. Henry, J. L. Reed ir kt., „Genomo masto metabolinė rekonstrukcija Escherichia coli K-12 MG1655, kuris apima 1260 ORF ir termodinaminę informaciją. Molekulinių sistemų biologija, t. 3, straipsnis 121, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  20. I. M. Keseler, C. Bonavides-Martínez, J. Collado-Vides ir kt., „EcoCyc: išsamus vaizdas Escherichia coli biologija“, Nukleino rūgščių tyrimai, t. 37, 1 priedas, p. D464–D470, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  21. D. Endy, „Inžinerinės biologijos pagrindai“, Gamta, t. 438, Nr. 7067, p. 449–453, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  22. T. B. Grabar, S. Zhou, K. T. Shanmugam, L. P. Yomano ir L. O. Ingram, „Metilglioksalio aplinkkelis nustatytas kaip chiralinės taršos šaltinis L(+) ir D(-)-laktato fermentacijose rekombinantiniu būdu Escherichia coli,” Biotechnologijos laiškai, t. 28, Nr. 19, p. 1527–1535, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  23. T. B. Causey, S. Zhou, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Engineering the metabolizmus Escherichia coli W3110, skirtas cukraus pavertimui redoksui neutraliais ir oksiduotais produktais: homoacetato gamyba. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 100, ne. 3, p. 825–832, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  24. K. Jantama, X. Zhang, J. C. Moore, K. T. Shanmugam, S. A. Svoronos ir L. O. Ingram, „Šalutinių produktų pašalinimas ir sukcinato derliaus padidinimas inžinerinėse padermėse Escherichia coli C“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 101, Nr. 5, p. 881–893, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  25. L. P. Yomano, S. W. Yorkas, K. T. Shanmugamas ir L. O.Ingram, „Metilglioksalio sintazės geno (mgsA) ištrynimas padidino cukraus metabolizmą gaminant etanolį Escherichia coli,” Biotechnologijos laiškai, t. 31, Nr. 9, p. 1389–1398, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  26. P. C. Cirino, J. W. Chin ir L. O. Ingram, „Inžinerija Escherichia coli ksilitolio gamybai iš gliukozės ir ksilozės mišinių. Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 95, Nr. 6, p. 1167–1176, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  27. X. Zhang, K. Jantama, J. C. Moore, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „L-alanino gamyba metaboliškai inžinerijos būdu Escherichia coli,” Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 77, Nr. 2, p. 355–366, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  28. R. S. Senger ir E. T. Papoutsakis, „Clostridium acetobutylicum genomo masto modelis – I dalis: metabolinio tinklo skiriamoji geba ir analizė“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 101, Nr. 5, p. 1036–1052, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  29. K. R. Kjeldsen ir J. Nielsen, „Corynebacterium glutamicum metabolinio tinklo in silico genomo masto rekonstrukcija ir patvirtinimas“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 102, Nr. 2, p. 583–597, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  30. J. Forster, I. Famili, P. Fu ir kt., „Saccharomyces cerevisiae metabolinio tinklo genomo masto rekonstrukcija“, Genomo tyrimai, t. 13, Nr. 2, p. 244–253, 2003. Žiūrėti: Google Scholar
  31. M. R. Andersenas, M. L. Nielsenas ir J. Nielsenas, „Aspergillus niger bibliomo, genomo, metabolomo ir reaktomos metabolinio modelio integracija“, Molekulinių sistemų biologija, t. 4, straipsnis 178, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  32. F. R. Blattner ir kt., „Visa genomo seka Escherichia coli K-12“, Mokslas, t. 277, Nr. 5331, p. 1453–1474, 1997. Žiūrėti: Google Scholar
  33. R. U. Ibarra, J. S. Edwards ir B. O. Palsson.Escherichia coli K-12 prisitaiko prie evoliucijos, kad būtų pasiektas in silico prognozuojamas optimalus augimas. Gamta, t. 420, Nr. 6912, p. 186–189, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  34. A. P. Baueris, S. M. Dieckmannas, W. Ludwigas ir K.-H. Schleifer, „Greitas identifikavimas Escherichia coli saugos ir laboratorinių padermių linijos, pagrįstos Multiplex-PGR. FEMS mikrobiologijos laiškai, t. 269, Nr. 1, p. 36–40, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  35. S. Zhou, L. P. Yomano, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „10 % ( m/t ) cukraus fermentacija į D: (-) -laktatą inžinerijos būdu Escherichia coli B,” Biotechnologijos laiškai, t. 27, Nr. 23–24, p. 1891–1896, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  36. M. Moniruzzaman, X. Lai, S. W. York ir L. O. Ingram, „High-performance cellobiose-fermenting spontaneous mutants of ethanologenic“ išskyrimas ir molekulinis apibūdinimas Escherichia coli KO11, kuriame yra Klebsiella oxytoca casAB operonas. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 63, Nr. 12, p. 4633–4637, 1997. Žiūrėti: Google Scholar
  37. G. Posfai, G. Plunkett III, T. Fehér ir kt., „Išsivystančios redukuoto genomo savybės Escherichia coli,” Mokslas, t. 312, Nr. 5776, p. 1044–1046, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  38. M. Durot, P.-Y. Bourguignon ir V. Schachter, „Bakterijų metabolizmo genomo masto modeliai: rekonstrukcija ir taikymas“, FEMS mikrobiologijos apžvalgos, t. 33, Nr. 1, p. 164–190, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  39. N. D. Price, J. A. Papinas, C. H. Schillingas ir B. O. Palssonas, „Genomo masto mikrobų in silico modeliai: apribojimais pagrįstas požiūris“, Biotechnologijų tendencijos, t. 21, Nr. 4, p. 162–169, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  40. P. Pharkya, A. P. Burgard ir C. D. Maranas, „OptStrain: skaičiavimo sistema mikrobų gamybos sistemų perprojektavimui“, Genomo tyrimai, t. 14, Nr. 11, p. 2367–2376, 2004. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  41. A. P. Burgard, P. Pharkya ir C. D. Maranas, „OptKnock: dviejų lygių programavimo sistema, skirta nustatyti genų pašalinimo strategijas mikrobų padermių optimizavimui“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 84, Nr. 6, p. 647–657, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  42. H. Alper, Y.-S. Jin, J. F. Moxley ir G. Stephanopoulos, „Likopeno biosintezės metabolinės inžinerijos genų tikslų nustatymas Escherichia coli,” Metabolizmo inžinerija, t. 7, Nr. 3, p. 155–164, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  43. C. Bro ir J. Nielsen, „Ome analizių poveikis atvirkštinei metabolizmo inžinerijai“, Metabolizmo inžinerija, t. 6, Nr. 3, p. 204–211, 2004. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  44. S. Y. Lee, D. Y. Lee ir T. Y. Kim, „Sistemos biotechnologijos deformacijos gerinimui“, Biotechnologijų tendencijos, t. 23, Nr. 7, p. 349–358, 2005. Žiūrėti: Google Scholar
  45. T. Hermannas, „Funkcinės genomikos naudojimas pramoninių biocheminių medžiagų gamybos produktyvumui pagerinti“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 15, Nr. 5, p. 444–448, 2004. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  46. J. H. Choi, S. J. Lee ir S. Y. Lee, „Sustiprinta insulino tipo augimo faktoriaus I sulieto baltymo gamyba Escherichia coli bendrai ekspresuojant žemyn reguliuojamus genus, identifikuotus transkripto profiliavimo būdu. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 69, Nr. 8, p. 4737–4742, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  47. M.-J. Han, K. J. Jeong, J.-S. Yoo ir S. Y. Lee „Inžinerija Escherichia coli padidinti serino turinčių baltymų produktyvumą, pagrįstą proteomų profiliavimu. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 69, Nr. 10, p. 5772–5781, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  48. B. F. Pfleger, D. J. Pitera, C. D. Smolke ir J. D. Keasling, „Intergeninių regionų kombinatorinė inžinerija operonuose suderina kelių genų ekspresiją“. Gamtos biotechnologija, t. 24, Nr. 8, p. 1027–1032, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  49. S. A. Underwood, M. L. Buszko, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram: „Srautas per citrato sintazę riboja etanologinių medžiagų augimą Escherichia coli KO11 ksilozės fermentacijos metu. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 68, Nr. 3, p. 1071–1081, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  50. M. Askenazi, E. M. Driggers, D. A. Holtzman ir kt., „Transkripcinių ir metabolitų profilių integravimas, siekiant nukreipti lovastatiną gaminančių grybelių padermių inžineriją“, Gamtos biotechnologija, t. 21, Nr. 2, p. 150–156, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  51. J. Ohnishi, S. Mitsuhashi, M. Hayashi ir kt., „Nauja metodika, naudojanti Corynebacterium glutamicum genomo informaciją, siekiant sukurti naują L-liziną gaminantį mutantą“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 58, Nr. 2, p. 217–223, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  52. F. Martinez-Morales, A. C. Borges, A. Martinez, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Chromosomal integration of heterologous DNA in Escherichia coli tiksliai pašalinant žymenis ir replikonus, naudojamus statybos metu“, Bakteriologijos žurnalas, t. 181, Nr. 22, p. 7143–7148, 1999. Žiūrėti: Google Scholar
  53. K. A. Datsenko ir B. L. Wanner, „Vieno žingsnio chromosomų genų inaktyvacija Escherichia coli K-12 naudojant PGR produktus“, Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 97, Nr. 12, p. 6640–6645, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  54. G. Pósfai, M. D. Koob, H. A. Kirkpatrick ir F. R. Blattner, „Universalios įterpimo plazmidės, skirtos tikslinėms genomo manipuliacijoms bakterijose: patogeniškumo salos LEE išskyrimas, delecija ir gelbėjimas Escherichia coli O157:H7 genomas“, Bakteriologijos žurnalas, t. 179, Nr. 13, p. 4426–4428, 1997. Žiūrėti: Google Scholar
  55. P. Gay, D. Le Coq, M. Steinmetz ir kt., „Teigiama atrankos procedūra įterpimo sekos elementų įstrigimui gramneigiamose bakterijose“, Bakteriologijos žurnalas, t. 164, Nr. 2, p. 918–921, 1985. Žiūrėti: Google Scholar
  56. G. de la Cueva-Mendez ir B. Pimentel, „Genų ir ląstelių išgyvenimas: pamokos iš prokariotinės plazmidės R1“, EMBO ataskaitos, t. 8, Nr. 5, p. 458–464, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  57. S. Zhou, F. C. Davis ir L. O. Ingram, „Erwinia chrysanthemi endogliukanazės CelY (celY) ir CelZ (celZ) genų integracija ir ekspresija bei ekstraląstelinė sekrecija etanologinėje Klebsiella oxytoca P2“ Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 67, Nr. 1, p. 6–14, 2001. Žiūrėti: Google Scholar
  58. P. R. Jensenas ir K. Hammeris: „Starpininkų seka tarp konsensuso sekų moduliuoja prokariotinių promotorių stiprumą“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 64, Nr. 1, p. 82–87, 1998. Žiūrėti: Google Scholar
  59. H. Alper, C. Fischer, E. Nevoigt ir G. Stephanopoulos, „Genetinės kontrolės derinimas naudojant promotoriaus inžineriją“, Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 102, Nr. 36, p. 12678–12683, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  60. I. Meynial-Salles, M. A. Cervin ir P. Soucaille „Nauja medžiagų apykaitos takų inžinerijos priemonė Escherichia coli: vieno žingsnio metodas chromosomų genų ekspresijai moduliuoti. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 71, Nr. 4, p. 2140–2144, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  61. C. Solem ir P. R. Jensen, „Genų ekspresijos moduliavimas palengvintas“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 68, Nr. 5, p. 2397–2403, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  62. T. A. Carrier ir J. D. Keasling, „Sintetinių 5' antrinių struktūrų biblioteka, skirta manipuliuoti mRNR stabilumu Escherichia coli,” Biotechnologijų pažanga, t. 15, Nr. 1, p. 58–64, 1999. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  63. Y. S. Park, S. W. Seo, S. Hwang ir kt., „5'-neverstų regionų variantų projektavimas derinamai išraiškai Escherichia coli,” Biocheminių ir biofizinių tyrimų komunikacijos, t. 356, Nr. 1, p. 136–141, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  64. F. J. Isaacs, D. J. Dwyer, C. Ding, D. D. Pervouchine, C. R. Cantor ir J. J. Collins, „Sukurti riboreguliatoriai įgalina genų ekspresijos kontrolę po transkripcijos“, Gamtos biotechnologija, t. 22, Nr. 7, p. 841–847, 2004. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  65. S. Jana ir J. K. Deb, „Efektyvios heterologinių baltymų gamybos strategijos Escherichia coli,” Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 67, Nr. 3, p. 289–298, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  66. H. Alper, J. Moxley, E. Nevoigt, G. R. Fink ir G. Stephanopoulos, „Inžinerinė mielių transkripcijos mašina, skirta pagerinti etanolio toleranciją ir gamybą“, Mokslas, t. 314, Nr. 5805, p. 1565–1568, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  67. H. Alper ir G. Stephanopoulos, „Global transkripcijos mašinų inžinerija: naujas požiūris į ląstelių fenotipo tobulinimą“, Metabolizmo inžinerija, t. 9, Nr. 3, p. 258–267, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  68. I. P. Petrounia ir F. H. Arnoldas, „Suprojektuota fermentinių savybių raida“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 11, Nr. 4, p. 325–330, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  69. H. Zhao, L. Giver, Z. Shao, J. A. Affholter ir F. H. Arnold, „Molecular evolution by staggered extension process (StEP) in vitro recombination“, Gamtos biotechnologija, t. 16, Nr. 3, p. 258–261, 1998. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  70. A. Crameri, S.-A. Raillard, E. Bermudez ir W. P. C. Stemmer, „Įvairių rūšių genų šeimos DNR maišymas pagreitina kryptingą evoliuciją“, Gamta, t. 391, Nr. 6664, p. 288–291, 1998. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  71. C. Wang, M.-K. O ir J. C. Liao, „Directed evolution of metabolically engineered Escherichia coli karotinoidų gamybai“, Biotechnologijų pažanga, t. 16, Nr. 6, p. 922–926, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  72. P. C. Cirino ir F. H. Arnoldas, „Oxigenazių baltymų inžinerija biokatalizei“, Dabartinė nuomonė apie cheminę biologiją, t. 6, Nr. 2, p. 130–135, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  73. H. H. Liao, „Alanino 2,3-aminomutazė“, JAV patentas 7309597, 2007. Žiūrėti: „Google Scholar“
  74. M. M. Altamirano, J. M. Blackburn, C. Aguayo ir A. R. Fersht, „Nauja katalizinio aktyvumo kryptinga evoliucija naudojant α / β statinės pastolius“, Gamta, t. 403, Nr. 6770, p. 617–622, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  75. M. Leisola ir O. Turunen, „Baltymų inžinerija: galimybės ir iššūkiai“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 75, Nr. 6, p. 1225–1232, 2007. Žiūrėti: Google Scholar
  76. A. Korkegianas, M. E. Blackas, D. Bakeris ir B. L. Stoddardas, „Fermento kompiuterinis termostabilizavimas“, Mokslas, t. 308, Nr. 5723, p. 857–860, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  77. R. Machielsen, L. L. Looger, J. Raedts ir kt., „Lactobacillus brevis alkoholio dehidrogenazės kofaktorių inžinerija skaičiavimo būdu“, Gyvybės mokslų inžinerija, t. 9, Nr. 1, p. 38–44, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  78. J. D. Bloom, M. M. Meyer, P. Meinhold, C. R. Otey, D. MacMillan ir F. H. Arnold, „Evolving strategies for enzim engineering“, Dabartinė nuomonė apie struktūrinę biologiją, t. 15, Nr. 4, p. 447–452, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  79. R. A. Chica, N. Doucet ir J. N. Pelletier, „Pusiau racionalūs metodai inžinerinei fermentų veiklai: nukreiptos evoliucijos ir racionalaus projektavimo privalumų derinimas“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 16, Nr. 4, p. 378–384, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  80. O. Spadiut, I. Pisanelli, T. Maischberger ir kt., „Piranozės 2-oksidazės inžinerija: biokuro elementų ir maisto pritaikymo tobulinimas per pusiau racionalų baltymų dizainą“, Biotechnologijų žurnalas, t. 139, Nr. 3, p. 250–257, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  81. Q. Wang, A. R. Parrish ir L. Wang, „Biologinių tyrimų genetinio kodo išplėtimas“, Chemija ir biologija, t. 16, Nr. 3, p. 323–336, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  82. Y. Lu, „Metaloproteinų, turinčių nenatūralių aminorūgščių arba nevietinių metalų turinčių kofaktorių, projektavimas ir inžinerija“, Dabartinė nuomonė apie cheminę biologiją, t. 9, Nr. 2, p. 118–126, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  83. J. C. Jacksonas, S. P. Duffy, K. R. Hessas ir R. A. Mehlas, „Gamtos fermentų aktyviosios vietos gerinimas genetiškai užkoduotomis nenatūraliomis aminorūgštimis“, Amerikos chemijos draugijos leidinys, t. 128, Nr. 34, p. 11124–11127, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  84. D. B. Walker, G. Joshi ir A. P. Davis, „Biomimetinių angliavandenių atpažinimo pažanga“, Ląsteliniai ir molekuliniai gyvybės mokslai, t. 66, Nr. 19, p. 3177–3191, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  85. M. P. Cashion ir T. E. Long, „Biomimetinis polimerizuojamų lipidų dizainas ir veikimas“, Cheminių tyrimų ataskaitos, t. 42, Nr. 8, p. 1016–1025, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  86. S. S. Fong, A. P. Burgard, C. D. Herring ir kt., „In silico design and adaptive evolution of Escherichia coli pieno rūgšties gamybai“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 91, Nr. 5, p. 643–648, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  87. X. Zhang, K. Jantama, J. C. Moore, L. R. Jarboe, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Metabolic evolution of energy-conserving pathways for sukcinate production in Escherichia coli,” Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 106, Nr. 48, p. 20180–20185, 2010. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  88. J. G. Zeikus, M. K. Jain ir P. Elankovanas, „Gintaro rūgšties gamybos biotechnologija ir išvestinių pramonės produktų rinkos“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 51, Nr. 5, p. 545–552, 1999. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  89. J. B. McKinlay, C. Vieille ir J. G. Zeikus, „Biologinės sukcinato pramonės perspektyvos“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 76, Nr. 4, p. 727–740, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  90. N. S. Samuelovas, R. Lamedas, S. Lowe'as ir I. G. Zeikus, „CO 2 - HCO 3 - lygių ir pH įtaka augimui, sukcinato gamybai ir fermentų veiklai Anaerobiospirillum succiniciproducens,” Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 57, Nr. 10, p. 3013–3019, 1991. Žiūrėti: Google Scholar
  91. M. J. Vander Werf, M. V. Guettler, M. K. Jain ir J. G. Zeikus, „Aplinkos ir fiziologiniai veiksniai, turintys įtakos sukcinato produktų santykiui angliavandenių fermentacijos metu Actinobacillus sp. 130Z“, Mikrobiologijos archyvas, t. 167, Nr. 6, p. 332–342, 1997. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  92. P. Lee, S. Lee, S. Hong ir H. Chang, „Naujos gintaro rūgštį gaminančios bakterijos Mannheimia succiniciproducens MBEL55E išskyrimas ir apibūdinimas iš galvijų prieskrandžio“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 58, Nr. 5, p. 663–668, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  93. D. G. Fraenkel, „Glikolizė“, in Escherichia coli ir Salmonella: Cellular and Molecular Biology, F. C.Neidhardt, Red., ASM Press, Vašingtonas, DC, JAV, 1996. Žiūrėti: Google Scholar
  94. K. Jantama, M. J. Haupt, S. A. Svoronos ir kt., „Metabolizmo inžinerijos ir metabolinės evoliucijos derinimas, siekiant sukurti nerekombinantines padermes Escherichia coli C gamina sukciną ir malatą“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 99, Nr. 5, p. 1140–1153, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  95. M.-K. Oh, L. Rohlin, K. C. Kao ir J. C. Liao, „Acetate auginamų pasaulinės ekspresijos profiliavimas Escherichia coli,” Biologinės chemijos žurnalas, t. 277, Nr. 15, p. 13175–13183, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  96. K. C. Kao, L. M. Tran ir J. C. Liao, „Globalinis gliukoneogeninių genų reguliavimo vaidmuo Escherichia coli atskleidė transkripto tinklo analizė“, Biologinės chemijos žurnalas, t. 280, Nr. 43, p. 36079–36087, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  97. R. Patnaik, W. D. Roof, R. F. Young ir J. C. Liao, „Gliukozės katabolizmo stimuliavimas Escherichia coli dėl galimo bergždžio ciklo“, Bakteriologijos žurnalas, t. 174, Nr. 23, p. 7527–7532, 1992. Žiūrėti: Google Scholar
  98. X. Zhang, K. Jantama, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Reinžinerija Escherichia coli sukcinato gamybai mineralinių druskų terpėje. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 75, Nr. 24, p. 7807–7813, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  99. S. S. Ray ir M. Bousmina, „Biologiškai skaidūs polimerai ir jų sluoksniuotieji silikatiniai nanokompozitai: ekologiškesniame 21-ojo amžiaus medžiagų pasaulyje“, Medžiagų mokslo pažanga, t. 50, Nr. 8, p. 962–1079, 2005. Žiūrėti: Google Scholar
  100. A. K. Agrawal ir R. Bhalla, „Pažanga poli(pieno rūgšties) pluošto gamybos srityje. Apžvalga," Makromolekulinio mokslo žurnalas – polimerų apžvalgos C, t. 43, Nr. 4, p. 479–503, 2003. Žiūrėti: Google Scholar
  101. S. Benthin ir J. Villadsen, „Optiškai gryno D-laktato gamyba naudojant lactobacillus bulgaricus ir gryninimas kristalizuojant ir ekstrahuojant skysčiu/skysčiu“, Taikomoji mikrobiologija ir biotechnologija, t. 42, Nr. 6, p. 826–829, 1995. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  102. A. Demirci ir A. L. Pometto, „Lactobacillus-delbrueckii ATCC-9649 mutantų padidinta D(-)-pieno rūgšties gamyba“, Pramonės mikrobiologijos žurnalas, t. 11, Nr. 1, p. 23–28, 1992. Žiūrėti: Google Scholar
  103. D. G. Fraenkel, „Glikolizė“, in Escherichia coli ir Salmonella: ląstelių ir molekulinė biologija, F. C. Neidhardt, Red., t. 1, skyrius 14, ASM Press, Vašingtonas, JAV, 2-asis leidimas, 1996 m. Žiūrėti: Google Scholar
  104. S. Zhou, T. B. Causey, A. Hasona, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Optiškai grynos D-pieno rūgšties gamyba mineralinių druskų terpėje metaboliškai modifikuotų Escherichia coli W3110“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 69, Nr. 1, p. 399–407, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  105. S. Zhou, K. T. Shanmugam, L. P. Yomano, T. B. Grabar ir L. O. Ingram, „12 % ( m/t ) gliukozės fermentacija iki 1,2 M laktato Escherichia coli padermė SZ194 naudojant mineralinių druskų terpę. Biotechnologijos laiškai, t. 28, Nr. 9, p. 663–670, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  106. M. Cheryan, S. Parekh, M. Shah ir K. Witjitra, „Production of acto acid by Clostridium thermoaceticum“ Taikomosios mikrobiologijos pažanga, t. 43, p. 1–33, 1997. Žiūrėti: Google Scholar
  107. C. Berraud, „Labai koncentruoto acto gamyba paduodamų partijų kultūroje“, Biotechnologijos laiškai, t. 22, Nr. 6, p. 451–454, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  108. S. N. Freer, „Acetic acid production by Dekkera/Brettanomyces yeasts“, Pasaulio mikrobiologijos ir biotechnologijų žurnalas, t. 18, Nr. 3, p. 271–275, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  109. S. Y. Lee, J. H. Park, S. H. Jang, L. K. Nielsen, J. Kim ir K. S. Jung, „Fermentative butanol production by clostridia“ Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 101, Nr. 2, p. 209–228, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  110. L. D. Mermelstein, E. T. Papoutsakis, D. J. Petersen ir G. N. Bennett, „Clostridium acetobutylicum ATCC 824 metabolinė inžinerija, skirta padidinti tirpiklių gamybą, sustiprinant acetono formavimo fermento aktyvumą naudojant sintetinį acetono operoną“. Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 42, Nr. 9, p. 1053–1060, 1993. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  111. L. Harris, L. Blank, R. P. Desai, N. E. Welker ir E. T. Papoutsakis, „Clostridium acetobutylicum rekombinantinių padermių su inaktyvuotu soIR genu fermentacijos apibūdinimas ir srauto analizė“, Pramoninės mikrobiologijos ir biotechnologijos žurnalas, t. 27, Nr. 5, p. 322–328, 2001. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  112. R. V. Nairas, E. M. Greenas, D. E. Watsonas, G. N. Bennettas ir E. T. Papoutsakis „Sol lokuso genų reguliavimas butanolio ir acetono susidarymui Clostridium acetobutylicum ATCC 824 numanomu transkripcijos represoriumi“ Bakteriologijos žurnalas, t. 181, Nr. 1, p. 319–330, 1999. Žiūrėti: Google Scholar
  113. R. P. Desai ir E. T. Papoutsakis, „Antisense RNR strategijos Clostridium acetobutylicum metabolinei inžinerijai“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 65, Nr. 3, p. 936–945, 1999. Žiūrėti: Google Scholar
  114. N. E. Altaras ir D. C. Cameron, „Patobulinta (R)-1,2-propandiolio gamyba metaboliškai modifikuotų Escherichia coli,” Biotechnologijų pažanga, t. 16, Nr. 6, p. 940–946, 2000. Žiūrėti: Google Scholar
  115. P. Soucaille, I. Meynial-Salles, F. Voelker ir R. Figge, „Mikroorganizmai ir metodai 1,2-propandiolio ir acetolio gamybai“, WO, 2008, 2008/116853. Žiūrėti: Google Scholar
  116. J. H. Park, K. H. Lee, T. Y. Kim ir S. Y. Lee, „Metabolic engineering of Escherichia coli L-valino gamybai, remiantis transkripto analize ir in silico geno išmušimo modeliavimu. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 104, Nr. 19, p. 7797–7802, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  117. K. H. Lee, J. H. Park, T. Y. Kim, H. U. Kim ir S. Y. Lee, „Systems metabolic engineering of Escherichia coli L-treonino gamybai“, Molekulinių sistemų biologija, t. 3, straipsnis 149, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  118. L. O. Ingram, P. F. Gomez, X. Lai ir kt., „Bakterijų metabolizmo inžinerija etanolio gamybai“, Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 58, Nr. 2-3, p. 204-214, 1998. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  119. Y. Kim, L. O. Ingram ir K. T. Shanmugam, „Construction of an Escherichia coli K-12 mutantas, skirtas homoetanologinei gliukozės arba ksilozės fermentacijai be pašalinių genų. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 73, Nr. 6, p. 1766–1771, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  120. L. O. Ingram, T. Conway, D. P. Clark, G. W. Sewell ir J. F. Preston, „Echerichia coli etanolio gamybos genetinė inžinerija“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 53, Nr. 10, p. 2420–2425, 1987. Žiūrėti: Google Scholar
  121. K. Ohta, D. S. Beall, J. P. Mejia, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Genetinis tobulinimas Escherichia coli etanolio gamybai: Zymomonas mobilis genų, koduojančių piruvato dekarboksilazę ir alkoholio dehidrogenazę II, chromosomų integracija. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 57, Nr. 4, p. 893–900, 1991. Žiūrėti: Google Scholar
  122. L. P. Yomano, S. W. York, S. Zhou, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Re-engineering Escherichia coli etanolio gamybai“, Biotechnologijos laiškai, t. 30, Nr. 12, p. 2097–2103, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  123. A. Hasona, S. W. York, L. P. Yomano, L. O. Ingram ir K. T. Shanmugam, „Etilacetato lygio mažinimas etanolio fermentacijos sultiniuose Escherichia coli KO11, ekspresuojant Pseudomonas putida estZ esterazę. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 68, Nr. 6, p. 2651–2659, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  124. K. Hofvendahl ir B. Hahn-Hagerdal, „Veiksniai, turintys įtakos fermentacinei pieno rūgšties gamybai iš atsinaujinančių išteklių“, Fermentų ir mikrobų technologija, t. 26, Nr. 2–4, p. 87–107, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  125. S. D. Zhou, K. T. Shanmugam ir L. O. Ingram, „Funkcinis pakeitimas Escherichia coli D-(-)-laktato dehidrogenazės genas (ldhA) su L-(+)-laktato dehidrogenazės genu (ldhL) iš Pediococcus acidilactici. Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 69, Nr. 4, p. 2237–2244, 2003. Žiūrėti: Google Scholar
  126. J. C. Parajó, H. Domínguez ir J. M. Domínguez, „Biotechnologinė ksilitolio gamyba – 1 dalis: susidomėjimas ksilitoliu ir jo biosintezės pagrindai“, Bioresursų technologija, t. 65, Nr. 3, p. 191–201, 1998. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  127. T. Werpy ir G. Petersen, red. Didžiausios pridėtinės vertės cheminės medžiagos iš biomasės: I tomas – galimų cukrų ir sintezės dujų kandidatų atrankos rezultatai, Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija ir nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija, 2004 m.
  128. T. B. Kim ir D. K. Oh, „Candida tropicalis ksilitolio gamyba chemiškai apibrėžtoje terpėje“, Biotechnologijos laiškai, t. 25, Nr. 24, p. 2085–2088, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  129. J. W. Chin, R. Khankal, C. A. Monroe, C. D. Maranas ir P. C. Cirino, „NADPH tiekimo analizė ksilitolio gamybos metu Escherichia coli,” Biotechnologijos ir bioinžinerija, t. 102, Nr. 1, p. 209–220, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  130. P. Holsas, M. Kleerebezemas, A. N. Schanckas ir kt., „Lactococcus lactis konversija iš homolaktinės į homoalanino fermentaciją naudojant metabolinę inžineriją“ Gamtos biotechnologija, t. 17, Nr. 6, p. 588–592, 1999. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  131. M. Ikeda, „Aminorūgščių gamybos procesai“, Biocheminės inžinerijos/biotechnologijų pažanga, t. 79, p. 1–35, 2003. Žiūrėti: Google Scholar
  132. C. E. Nakamura ir G. M. Whited, „Metabolinė inžinerija 1,3-propandiolio mikrobų gamybai“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 14, Nr. 5, p. 454–459, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  133. T. Hanai, S. Atsumi ir J. C. Liao, „Sukurtas sintetinis izopropanolio gamybos būdas Escherichia coli,” Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 73, Nr. 24, p. 7814–7818, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  134. D.-K. Ro, E. M. Paradise, M. Quellet ir kt., „Antimaliarinio vaisto pirmtako artemizino rūgšties gamyba inžinerinėse mielėse“, Gamta, t. 440, Nr. 7086, p. 940–943, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  135. Y. Yan, A. Kohli ir M. A. G. Koffas, „Natūralių flavanonų biosintezė Saccharomyces cerevisiae“ Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 71, Nr. 9, p. 5610–5613, 2005. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  136. E. Leonard, Y. Yan ir M. A. G. Koffas, „Funkcinė P450 flavonoidų hidroksilazės ekspresija, skirta augalams specifinių hidroksilintų flavonolių biosintezei Escherichia coli,” Metabolizmo inžinerija, t. 8, Nr. 2, p. 172–181, 2006. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  137. E. Leonardas, K. H. Limas, P.-N. Saw ir M. A. G. Koffas „Centrinių medžiagų apykaitos takų inžinerija aukšto lygio flavonoidų gamybai Escherichia coli,” Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 73, Nr. 12, p. 3877–3886, 2007. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  138. A. L. de Boer ir C. Schmidt-Dannert, „Naujausios pastangos kuriant mikrobų ląsteles gaminti naujus cheminius junginius“, Dabartinė nuomonė apie cheminę biologiją, t. 7, Nr. 2, p. 273–278, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  139. C. Schmidt-Dannertas, D. Umeno ir F. H. Arnoldas, „Molekulinis karotinoidų biosintezės takų veisimas“, Gamtos biotechnologija, t. 18, Nr. 7, p. 750–753, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  140. G. Sandmannas, „Kombinatorinė karotinoidų biosintezė heterologiniame šeimininke: galingas naujų struktūrų biosintezės metodas“, ChemBioChem, t. 3, Nr. 7, p. 629–635, 2002. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  141. M. Albrechtas, S. Takaichis, S. Steigeris, Z.-Y. Wang ir G. Sandmann, „Nauji hidroksikarotenoidai su patobulintomis antioksidacinėmis savybėmis, pagaminti derinant genus Escherichia coli,” Gamtos biotechnologija, t. 18, Nr. 8, p. 843–846, 2000. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  142. K. L. J. Prather ir C. H. Martin, „De novo biosintezės keliai: racionalus mikrobų cheminių gamyklų projektavimas“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 19, Nr. 5, p. 468–474, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  143. S. Atsumi, T. Hanai ir J. C. Liao, „Nefermentaciniai šakotosios grandinės aukštesniųjų alkoholių kaip biokuro sintezės keliai“, Gamta, t. 451, Nr. 7174, p. 86–89, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  144. K. Zhang, M. R. Sawaya, D. S. Eisenberg ir J. C. Liao, „Metabolizmo išplėtimas nenatūralių alkoholių biosintezei“, Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, t. 105, Nr. 52, p. 20653–20658, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  145. R. Gonzalezas, H. Tao, J. E. Purvisas, S. W. Yorkas, K. T. Shanmugamas ir L. O. Ingramas, „Genų masyvu pagrįstas pokyčių, prisidedančių prie etanolio tolerancijos etanolyje, nustatymas Escherichia coli: KO11 (pagrindinis) palyginimas su LY01 (atsparus mutantas) Biotechnologijų pažanga, t. 19, Nr. 2, p. 612–623, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  146. L. P. Yomano, S. W. York ir L. O. Ingram, „Etanoliui tolerantiškų mutantų išskyrimas ir apibūdinimas Escherichia coli KO11 degalų etanolio gamybai“, Pramoninės mikrobiologijos ir biotechnologijos žurnalas, t. 20, Nr. 2, p. 132–138, 1998. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  147. M. P. Brynildsen ir J. C. Liao, „Integruotas tinklo metodas nustato izobutanolio atsako tinklą Escherichia coli,” Molekulinių sistemų biologija, t. 5, straipsnis 277, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  148. E. N. Miller ir kt., „NADPH priklausomų oksidoreduktazės genų (yqhD ir dkgA) nutildymas furfurolui atspariame etanolyje Escherichia coli,” Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 75, Nr. 13, p. 4315–4323, 2009. Žiūrėti: Google Scholar
  149. A. Martinez, M. E. Rodriguez, M. L. Wells, S. W. York, J. F. Preston ir L. O. Ingram, „Lignoceliuliozės praskiestų rūgščių hidrolizatų detoksikacija kalkėmis“, Biotechnologijų pažanga, t. 17, Nr. 2, p. 287–293, 2001. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  150. R. Gonzalezas, H. Tao, K. T. Shanmugamas, S. W. York ir L. O. Ingram, „Transcriptome analysis of ethanologenic Escherichia coli padermės: tolerancija etanoliui“, in 225-ojo ACS nacionalinio susitikimo medžiaga, p. U200, Naujasis Orleanas, La, JAV, 2003 m. kovo mėn. Žiūrėti: Google Scholar
  151. E. N. Miller, L. R. Jarboe, P. C. Turner ir kt., „Furfuralas slopina augimą ribodamas sieros asimiliaciją etanologiniuose Escherichia coli padermė LY180“, Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, t. 75, Nr. 19, p. 6132–6141, 2009. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  152. L. M. Tran, M. L. Rizk ir J. C. Liao, „Metabolinių tinklų ansamblinis modeliavimas“, Biofizikos žurnalas, t. 95, Nr. 12, p. 5606–5617, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  153. P. D. Schloss ir J. Handelsman, „Biotechnologinės perspektyvos iš metagenomikos“, Dabartinė nuomonė apie biotechnologiją, t. 14, Nr. 3, p. 303–310, 2003. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  154. L. Jiang, E. A. Althoff, F. R. Clemente ir kt., „De novo computational design of retro-aldol enzims“, Mokslas, t. 319, Nr. 5868, p. 1387–1391, 2008. Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar
  155. V. Hatzimanikatis, C. Li, J. A. Ionita, C. S. Henry, M. D. Jankowski ir L. Broadbelt, „Sudėtingų medžiagų apykaitos tinklų įvairovės tyrinėjimas“, Bioinformatika, t. 21, Nr. 8, 1603–1609 p., 2005 m.Žiūrėti: leidėjo svetainė | Google Scholar

Autorių teisės

Autorių teisės © 2010 Laura R. Jarboe ir kt. Tai atviros prieigos straipsnis, platinamas pagal Creative Commons Attribution License, kuris leidžia neribotai naudoti, platinti ir dauginti bet kokioje laikmenoje, jei originalus darbas yra tinkamai cituojamas.


Ateities aukščio valdymo metodai

Mechaninis kondicionavimas. Jau seniai žinoma, kad mechaniniai įtempimai, tokie kaip pakartotinis valymas, purtymas ar lenkimas, atsirandantys dėl oro judėjimo arba sąlyčio su gyvais ar negyvais objektais, gali sumažinti augalų augimą. Neseniai Džordžijos universiteto daktaro Joyce'o Latimerio atliktas tyrimas parodė komercinį šio metodo potencialą kontroliuoti daržovių, ypač pomidorų, persodinimo aukštį. Šį darbą iš dalies paskatino tai, kad B-Nine nebėra registruotas naudoti valgomiesiems augalams. Viena mechaninio kondicionavimo sistema, pritaikyta komerciniams šiltnamiams, apima juostos traukimą skersai

2 pav. Medetkų augimui įtakos turi tai, kai trąšos nenaudojamos trumpam laikui skirtingu derliaus laikotarpiu.

augalų viršūnes vieną ar du kartus per dieną. Strypas nustatytas pakankamai žemai, kad liestųsi su augalais, bet ne taip žemai, kad augalai būtų sužeisti ar išrauti. Buvo pranešta, kad naudojant šią sistemą ūgis sumažėjo nuo 30 iki 40 %. Kitos sistemos apima periodinį purtymą, oro pūtimą arba vandens purškimą. Kad tai būtų naudinga gėlių augintojams, reikia atlikti tyrimus, siekiant nustatyti gėlių pasėlių reakciją.

Šviesos filtrai. Augalų fiziologai nustatė, kad raudonos ir tolimosios raudonos šviesos santykio keitimas gali turėti įtakos stiebo pailgėjimui ir išsišakojimui. Raudona šviesa slopina stiebo pailgėjimą, palyginti su raudona šviesa, kuri skatina stiebo pailgėjimą. Raudona šviesa taip pat skatina šakojimąsi, skatindama šoninių pumpurų augimą. Gamtoje kasdien ir sezoniškai keičiasi raudonos ir tolimosios raudonos spalvos santykis. Natūralios šviesos vidury dienos ir vasaros metu raudonos spalvos dalis yra didesnė nei saulėtekio ir saulėlydžio bei žiemos metu. Augalų lajų šešėliavimo efektas taip pat keičia santykį, didindamas tolimosios raudonos šviesos dalį. Tai yra svarbus veiksnys, kodėl augalai išsitempia, kai yra per arti. Dabartiniai tyrimai yra skirti sukurti šiltnamių dangas, kurios pakeičia raudonos ir raudonos spalvos balansą, kad būtų galima kontroliuoti augalų aukštį ir šakojimąsi.


Kodėl cheminę gamybą pageidautina susieti su augimu? – Biologija

Gyvi daiktai auga ir dauginasi. Augimas yra būdas generuoti medžiagas reprodukcijai. Dauginimasis yra būdas sukurti naujus organizmus, kurie gali augti. Taigi kiekvieno organizmo tariamas „tikslas“ yra užpildyti turimą pasaulį savo palikuonimis, tai yra „aš“. Buvo teigiama, kad kiekvienas paveldėjimo vienetas, kiekvienas genas tokiu būdu yra savanaudiškas. Ji veikia taip, kad padidintų savo galimybes išplisti visiems prieinamiems populiacijos individams. Jei kiti genai tam padeda, gerai. Jei ne, nebendradarbiaukite.

Nesąmoningas veržimasis į plėtrą, kuris yra gyvų būtybių bruožas, yra programa, sukurta ankstyvoje gyvenimo istorijoje. Tai pasirodė labai sėkminga. (Ją laisvoji rinka iš naujo išrado kaip sėkmingą programą ekonominiame pasaulyje gyvenančioms organizacijoms.) Programos tikslo niekada nepavyks pasiekti, nes organizmų egzistavimas priklauso vienas nuo kito. Taigi, yra „neigiamas grįžtamasis ryšys“ apie kiekvieno organizmo augimą, kuris tarsi palaiko pusiausvyrą. Žmonėms pastaruoju metu ypač sekasi išvengti arba neutralizuoti neigiamus atsiliepimus apie gyventojų skaičiaus augimą (pvz., ligas ar maisto trūkumą). Dėl to jie išsiaiškino, kad aplinka, prisipildžiusi žmonių, praranda pageidaujamas savybes, o ištekliai pritrūksta. Šis atradimas paskatino „darnaus vystymosi“ sąvoką, kuri gali būti išversta kaip „augimas be neigiamų pasekmių“. Belieka išsiaiškinti, ar beprasmiškas plėtros siekis, kuriuo dalijamės su visais kitais organizmais, gali būti patikrintas naudojant protingą vidinį grįžtamąjį ryšį, kol jis nesustabdomas dėl išteklių trūkumo.

Visas augimas priklauso nuo išorinės materijos pasisavinimo, tai yra nuo tam tikro „valgymo“. Ekologai suskirstė įvairius būdus, kaip organizmai valgo (visa graikų kalba, stiliui):

Organizmai, valgantys kitus (kitus valgytojus), vadinami „heterotrofais“. Jei tai atsitinka deguonies prisotintoje aplinkoje ir deguonis naudojamas maistui „sudeginti“, kalbame apie „aerobinį kvėpavimą“. Mes, žmonės, esame heterotrofai ir savo kūnui palaikyti naudojame aerobinį kvėpavimą. (Mes įkvepiame deguonį ir išleidžiame anglies dioksidą.) Kiti heterotrofai maisto apdorojimui gali naudoti anaerobinį kvėpavimą (pašalina deguonį iš molekulių, tokių kaip nitratas ar sulfatas) arba gali naudoti fermentaciją (supjausto organines molekules ir pertvarko dalis, kaip ir mielės). Organizmai, kurie maitinasi saulės šviesa, kad sukurtų naujas organines medžiagas (savaime maitinasi), vadinami foto-autotrofais. Paprastai tai darant ("deguonies fotosintezė") susidaro deguonis, kaip aprašyta fotosintezės lygtyje. Trečias būdas užsidirbti pragyvenimui, išskyrus kitų valgymą ar maitinimąsi naudojant saulės šviesą, yra cheminių gradientų naudojimas kaip energijos šaltinis sintezei (o ne saulės šviesa). Tokie organizmai vadinami „chemo-autotrofais“. Visi jie yra specialios bakterijų klasės plačiąja prasme („archea“) mikrobai ir turi ypatingų pritaikymų susidoroti su chemiškai neįprasta aplinka (labai rūgšti, daug sieros ir kt.). Yra „anaerobinių“ (ty nėra molekulinio deguonies) ir „aerobinių“ (ty jie naudoja turimą molekulinį deguonį vietinei chemijai pakeisti ir energijai gaminti). Tarp anaerobinių formų yra, pavyzdžiui, metano ir sulfidų gamintojai. (Metanas susidaro galvijų žarnyne, sulfidas sukelia supuvusių kiaušinių kvapą). Tarp aerobinių formų yra sulfidų oksidatoriai ir geležies oksidatoriai. (Pirmieji gamina rūgštų nuotėkį iš kasyklų, o antrieji gamina rūdis ant šlapių uolienų.)


Pavargote matyti vėdryną savo ganykloje?

Pavargote žiūrėti į ganyklas / šieno laukus ir kiekvieną pavasarį matyti tą „geltonąją jūrą“? Vienas iš ženklų, kad atėjo pavasaris, yra tada, kai pradeda ryškėti geltoni vėdryno žiedai, tačiau būtent žiemos mėnesiais vyksta vegetatyvinis vėdryno augimas. Kaip vėsiojo sezono piktžolė, šis augalas dažnai klesti virš ganomų ganyklų, kuriose yra skurdžių pageidaujamų pašarų. Tiesą sakant, daugelis laukų, kuriuose yra tankios vėdrynų populiacijos, yra laukai, kuriuose rudenį iki ankstyvo pavasario mėnesių gausiai ganosi gyvuliai. Vėdrynai kartais priskiriami prie trumpaamžių daugiamečių augalų, tačiau dažnai auga kaip žieminiai vienmečiai augalai.

Vėdrynas yra toksiškas visų rūšių gyvuliams. Kramtant ar kitaip sužalojus augalą išsiskiria toksinas protanemoninas, kurio yra visose augalo dalyse. Gyvūnams, kurie valgo vėdryną, gali atsirasti pūslių burnoje ir vidinėse virškinimo trakto dalyse, viduriuoti, diegliai ir sunkiais atvejais mirti. Laimei, dauguma gyvūnų vėdryno nevalgys, nes jis neskanus. Džiovinant toksinas tampa neaktyvus, todėl vėdrynai šiene nekelia rūpesčių.

Dauguma vėdrynų augalų išauga iš sėklų rudenį arba žiemos pabaigoje. Todėl ganyklų tvarkymo praktika, gerinanti ir skatinanti pageidaujamų augalų augimą šiais mėnesiais, yra vienas geriausių būdų, padedančių konkuruoti su šio augalo atsiradimu ir augimu. Pjaudami laukus arba nupjaukite augalus arti žemės ankstyvą pavasarį, kol vėdryniniai augalai pradės žydėti, gali padėti sumažinti išaugintų naujų sėklų kiekį, tačiau vien šienavimas visiškai nepanaikins sėklų gamybos.

Cheminės kontrolės tikslais herbicidai, užregistruoti naudoti žolių ganyklose, kuriuose yra 2,4-D, veiksmingai kovos su vėdryne. Priklausomai nuo kitų piktžolių, taip pat gali būti naudojami produktai, kurių sudėtyje yra dikamba+2,4-D (pvz., Weedmaster), aminopiralido (pvz., ForeFront, Milestone), triklopiro (pvz., PastureGard, Crossbow) arba metsulfurono (pvz., Cimarron). . Tačiau šie herbicidiniai produktai gali smarkiai sužaloti arba nužudyti ankštinius augalus, pavyzdžiui, dobilus, pasėtus žolių ganyklose. Norėdami gauti geriausius rezultatus, herbicidą užtepkite anksti pavasarį (vasarį ir #8211 balandį), prieš žydint, kai vėdryno augalai dar maži ir aktyviai auga. Norėdami gauti geriausią herbicidų aktyvumą, palaukite, kol dienos oro temperatūra bus didesnė nei 50 F dvi ar tris dienas iš eilės. Nustatydami, kuris produktas geriausiai tinka jūsų veiklai, būtinai perskaitykite produktų etiketes, kad sužinotumėte išsamią informaciją apie ganymo ir šienavimo apribojimus, nes šie produktai labai skiriasi.

Veiksminga piktžolių kontrolės programa yra būtina norint sukurti ir palaikyti labai produktyvias ganyklas ir gyvūnų našumą. Turime atsiminti, kad “Uncija prevencijos verta svaro išgydymo.” Pasirinkite gerai prisitaikiusias žolių ir (arba) ankštinių augalų rūšis, kurios greitai augs ir įsitvirtins. Tai sumažins laiką, per kurį piktžolės lengvai įsiskverbs. Kalkinkite ir tręškite pagal dirvožemio tyrimo rekomendacijas. Tinkamas pH ir maistinių medžiagų būklė padės užtikrinti, kad pašarai greitai augs ir bus konkurencingesni su piktžolėmis. Tinkamai tvarkykite ganymą. Per didelis ganymas yra dažna piktžolių problemų priežastis. Didelis ganymo spaudimas gali paskatinti piktžolių augimą, o ne žolę. Nustatykite piktžolių problemas ir vietą bei pasirinkite, kurią parinktį ar variantų derinį ketinate naudoti piktžolių kontrolei (mechaninis, cheminis arba ganyklų valdymas), tačiau svarbiausia tai pritaikyti praktiškai ir įvertinti rezultatą.

Misisipės valstijos kooperatyvo plėtra

Merilendo kooperatyvo plėtra


Sacharozės molekulė

Spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte

Figūra 1. Sacharozė susidaro vykstant cheminei reakcijai tarp dviejų paprastų cukrų, vadinamų gliukoze ir fruktoze.

Anthony Fernandezas

Spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte

2 pav. Erdvę užpildantis sacharozės molekulės modelis

Shutterstock

Cukraus kristale sacharozės molekulės yra išdėstytos pasikartojančiu modeliu, kuris tęsiasi visuose trijuose matmenyse, ir visos šios molekulės yra traukiamos viena prie kitos tarpmolekulinėmis jėgomis – sąveikos tipas, kuris sujungia molekules ir yra silpnesnis už ryšius tarp molekulių. atomai molekulėje.

Kai į vandenį įpilate granuliuoto cukraus, kai kurios sacharozės molekulės pradeda atskirti viena nuo kitos, nes jas traukia vandens molekulės (3 pav.). Kai vandens ir sacharozės molekulės yra arti viena kitos, jos sąveikauja per tarpmolekulines jėgas, panašias į tarpmolekulines jėgas tarp sacharozės molekulių.

Spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte

3 pav. Kai granuliuotas cukrus dedamas į vandenį, jis suyra, nes vandens molekulės per tarpmolekulines jėgas pritraukiamos prie sacharozės molekulių. Dėl to kiekviena sacharozės molekulė yra apsupta vandens molekulių ir patenka į tirpalą.

Tirpimo procesas susideda iš dviejų etapų: pirma, vandens molekulės jungiasi su sacharozės molekulėmis ir, antra, vandens molekulės ištraukia sacharozės molekules nuo kristalo ir į tirpalą.

Paprastai tik tam tikras kiekis kietosios medžiagos gali būti ištirpintas vandenyje tam tikrame tūryje ir temperatūroje. Jei pridėsime daugiau nei šis kiekis, daugiau tos kietos medžiagos neištirps. Šiame etape sakome, kad sprendimas yra prisotintas. Papildoma kieta medžiaga tiesiog nukrenta į konteinerio dugną.

Kodėl taip yra? Jei galėtumėte pamatyti sacharozės ir vandens molekules, pastebėtumėte, kad iš pradžių, kai į vandenį įpilate nedidelį kiekį granuliuoto cukraus, dauguma sacharozės molekulių palieka cukraus kristalus, kuriuos ištraukia vanduo. vandens molekules. Taip pat pastebėsite, kad kai kurios ištirpusios sacharozės molekulės taip pat kristalizuojasi, tai yra, ne tik sacharozės molekulės palieka cukraus kristalus, bet ir kitos sacharozės molekulės vėl prisijungia prie cukraus kristalų (4 pav.). Priežastis ta, kad sacharozės molekulės tirpale nuolat juda, todėl niekas netrukdo kai kurioms iš jų vėl prisijungti prie sacharozės molekulių cukraus kristaluose. Tačiau tirpimo greitis yra didesnis nei kristalizacijos greitis – bent jau tol, kol tirpalas prisotinamas – taigi, apskritai cukraus kristalai lieka ištirpę vandenyje.

Spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte

4 pav. Kai cukraus kristalas įpilamas į puodelį vandens, kai kurios sacharozės molekulės atsiskiria nuo kristalo, o kitos prisijungia prie kristalo. Ar kristalas ištirpsta vandenyje, ar auga dydis, nustatoma lyginant santykinį ištirpusių ir iš kristalo išeinančių sacharozės molekulių skaičių su sacharozės molekulių, išeinančių iš tirpalo ir prisijungiančių prie kristalo, skaičiumi.

Kai į tirpalą dedame daugiau granuliuoto cukraus, tirpimo greitis mažėja, o kristalizacijos greitis didėja, todėl tam tikru momentu abu rodikliai yra vienodi. Kitaip tariant, sacharozės molekulių skaičius palieka kristalų skaičius yra toks pat kaip sacharozės molekulių skaičius prisijungimas kristalai. Taip atsitinka, kai tirpalas yra prisotintas.

Dėl to po to, jei pridėsime daugiau cukraus kristalų, tirpimo procesas tęsis, tačiau jį tiksliai subalansuos perkristalizavimo procesas. Taigi cukraus kristalai nebegali ištirpti vandenyje. Šiuo atveju kristalai ir tirpalas yra dinaminėje pusiausvyroje. Tai reiškia, kad kristalų dydis išlieka toks pat, nors sacharozės molekulės nuolat prekiauja vietomis tarp tirpalo ir kristalų.

Saldainiams gaminti iš pradžių naudojome daugiau cukraus, nei galėjo ištirpti vandenyje kambario temperatūroje (trys puodeliai cukraus vienam puodeliui vandens). Vienintelis būdas visam cukrui ištirpinti yra pašildyti vandenį, nes padidinus temperatūrą daugiau cukraus ištirpsta vandenyje. Kitaip tariant, dinaminei pusiausvyrai įtakos turi temperatūros pokytis. Jei padidiname temperatūrą, padidiname tirpimo procesą, o jei sumažiname temperatūrą, sumažiname tirpimo procesą.

Kristalizacijos procesas paaiškinamas Le Châtelier principu, teigiančiu, kad nuo pusiausvyros pasislinkusi sistema atkuria pusiausvyrą, reaguodama priešingai poslinkiui. Taigi, padidėjus temperatūrai, sistema sumažina energiją, bandydama sumažinti temperatūrą. Kadangi cheminių ryšių nutrūkimas visada sugeria energiją, jis atvėsina sistemą, todėl daugiau sacharozės molekulių skyla ir ištirpsta tirpale.

Kas atsitiks, kai tirpalas atvės? Šiuo metu matome, kad susidaro cukraus kristalai. Tai taip pat paaiškinama Le Châtelier principu: temperatūrai mažėjant sistema generuoja energiją, bandydama pakelti temperatūrą. Kadangi cheminių ryšių susidarymas visada išskiria energiją, daugiau sacharozės molekulių prisijungs prie kristalo, bandydamos padidinti temperatūrą. Tai paaiškina, kodėl krintant temperatūrai susidaro kristalai.

Kai prisotintas tirpalas pradeda atvėsti, jis tampa persotintas. Persotintas tirpalas yra nestabilus - jame yra daugiau ištirpusių medžiagų (šiuo atveju cukraus), nei gali likti tirpale, todėl, mažėjant temperatūrai, cukrus išsiskiria iš tirpalo ir susidaro kristalai. Kuo žemesnė temperatūra, tuo daugiau molekulių prisijungia prie cukraus kristalų, ir taip susidaro akmens saldainiai.


Ką tai reiškia investuotojams?

Jei žengsite žingsnį atgal ir įvertinsite kiekvieną „Intrexon“ teiginį apie savo dujų fermentacijos platformą, žadėtas technologijos būsena, keičianti žaidimą, pradės prarasti savo blizgesį. Bendrovė prastai lygina su esamomis technologijomis ir, atrodo, neturi jokio realaus pranašumo gamindama bent tris iš keturių šiuo metu kuriamų cheminių medžiagų.

Tuo metu, kai įmonė pradės gaminti 1,4-BDO ir 2,3-BDO – po metų – tikėtina, kad esami procesai, kuriuose naudojama tradicinė fermentacija, jau bus užsiėmę didelę rinkos dalį ir sumažins gamybos sąnaudas žemiau. kad įprastiniai naftos chemijos procesai. Kitos cheminės medžiagos jau yra masiškai gaminamos sveikomis ribomis ir nekelia techninės rizikos dėl naujo dujų fermentacijos proceso. Taigi, nors „Intrexon“ vizija popieriuje skamba puikiai, investuotojai, vadovybė ir Wall Street analitikai, atrodo, nepastebi nemažai kliūčių.


Žiūrėti video įrašą: Создатели вакцины PfizerBioNTech: эта вакцина разрабатывалась 30 лет (Birželis 2022).