有效地“启动”细菌生产高价值的化学物质

　　

 

   

计算设计的基因开关示意图，说明了添加诱导物化学生产是永久开启的(左上角)。

大多数高价值化学品目前使用化石燃料生产-工业化学对石油的使用占所有温室气体排放的14%。一个令人兴奋的替代方案是将细菌作为“细胞工厂”，通过基因开关改变它们的化学性质，以生产高价值的化学物质，如生物燃料、聚合物和药物。使用昂贵的化学物质来启动它们严重限制了它们的商业潜力，研究人员利用数学模型开发了一种新的基因开关，可以使用一种廉价的天然营养物质永久启动生产，从而大幅降低成本。-这使可持续和经济上可行的高价值化学品工业规模生产的实现更近了一步，以廉价的原料，为一个更绿色、更清洁的未来。

生物燃料和制药中使用的高价值化学品可以通过改变细菌的化学成分来生产新产品。华威大学(University of Warwick)的研究人员发现了一种大大降低开启这些开关成本的方法。

我们几乎所有东西都使用化学物质，从食品防腐剂到药品和化妆品，甚至生物燃料。其中许多是石化衍生物，因此它们的合成是不可持续的。因此，寻找工业规模、可持续和廉价生产化学品的替代方法至关重要，从而为更绿色、更清洁的未来铺平道路。

细菌可以被看作是自然界的微型化学工厂，许多研究人员正试图了解它们复杂的化学反应网络是如何被重新连接起来的，从而将廉价的原料(如葡萄糖)转化为我们使用的有用的化学产品。利用基因开关来改变细菌的化学性质是合成生物学领域中一项令人兴奋的发展。

通常，基因开关是通过添加一种叫做诱导剂的化学物质来开启的。然而，诱导剂价格昂贵，而且常常需要不断地添加以防止开关重新关闭，类似于“带弹簧的电灯开关”，当你松开开关时，它就会关闭。这使得这种转换方法成本高昂，因此扩大到工业生产在经济上是不可行的。

在一篇发表在《Nature Communications》杂志上的论文中，“设计一种可拓展诱导微生物化学物质生产的不可逆代谢开关”，来自华威大学工程学院的研究人员发现了一种将细菌转换为化学物质生产模式的廉价方法。

在华威大学工程学院综合合成生物学中心的Ahmad A. Mannan博士和Declan G. Bates教授的领导下，新的理论研究研究了如何利用来自大肠杆菌的生物传感器来制造开关，这些传感器对廉价的天然营养物质如油酸做出反应。利用数学模型和反馈控制回路的工程原理(通常用于飞行控制系统)，他们发现了如何在细菌中设计一种基因开关，从而消除恢复“弹簧”，因此，只要添加一种廉价的天然营养物质，就可以永久地将细胞转换为化学生产模式，从而大大降低成本。

华威大学工程学院综合合成生物学中心的Ahmad Mannan博士评论道:“让细菌永久进入化学生产模式的能力，是实现从微生物生产化学产品的经济可行规模的巨大进步。该开关应广泛适用于许多工业相关的微生物和几乎任何化学合成-合成生物学工具箱的通用组件。我们研究的下一步将是揭示原理，了解在化学路线图中应用这种‘交通灯’的位置，也许还会寻求与工业合作，使其能够很容易地融入现有的发酵过程中。”

华威大学工程学院综合合成生物学中心的Declan Bates教授补充说:“使用先进的合成生物学技术，我们的工作已经为在实验室构建拟议中的不可逆开关奠定了框架。我们的工作不仅可以改变化学工业生产高价值化学品的方式，还有助于实现人类如何摆脱对不可再生资源的依赖，实现可持续的生物化学合成，为一个更绿色、更清洁的未来作出贡献。”

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原文检索：Designing an irreversible metabolic switch for scalable induction of microbial chemical production