Tin tức

Sử dụng men để tạo ra các quy trình hóa dầu thay thế 3:02 PM,12/8/2021

Tích hợp kỹ thuật tế bào với sinh tổng hợp không tế bào có thể dẫn đến những cách hiệu quả để cung cấp năng lượng cho trái đất Khi biến đổi khí hậu tiếp tục gây ra nhiều thiệt hại hơn cho hành tinh của chúng ta, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm ra những cách hiệu quả hơn và sạch hơn để cung cấp năng lượng cho trái đất. Một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các quá trình hóa dầu thông thường tạo ra khí nhà kính đáng kể và các chất thải khác có thể đến từ các hệ thống sinh học. Công trình gần đây của Michael Jewett thuộc Northwestern Engineering và các nhà nghiên cứu từ Đại học Texas ở Austin đã dẫn đến những tiến bộ trong hiểu biết về các con đường sinh hóa và tăng tỷ lệ sản xuất hóa chất của các hệ thống sinh học. Các phát hiện có thể đưa chúng ta đến gần hơn với việc thực hiện các giải pháp thay thế bền vững để tổng hợp vật liệu, nhiên liệu và các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ khác. Bài báo "Khuôn khổ tích hợp trong Vivo / In Vitro để tăng cường sinh tổng hợp không tế bào với chiết xuất nấm men có tác dụng trao đổi chất", xuất bản ngày 26 tháng 8 trên tạp chí Nature Communications , mô tả sự phát triển của quá trình sinh tổng hợp in vitro (sản xuất sinh hóa) được tối ưu hóa sử dụng tế bào chiết xuất từ các chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae (men bia) được biến đổi gen . Cùng với Jewett, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học và Sinh học Walter P. Murphy tại Trường Kỹ thuật McCormick, bài báo được viết bởi Blake Rasor, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của Jewett. Cuộc điều tra được thực hiện với sự hợp tác của nhóm nghiên cứu của Hal Alper, một giáo sư tại Đại học Texas ở Austin. Công việc này được hỗ trợ thông qua Chương trình Cơ hội cho các Công nghệ Mới nổi (ETOP) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. ETOP cung cấp kinh phí để ươm mầm phát triển các công nghệ mới được cung cấp cho những nhà nghiên cứu trên toàn thế giới, những người khai thác các chương trình người dùng của JGI để thúc đẩy các ứng dụng năng lượng và môi trường. Nhiều thập kỷ nghiên cứu về trao đổi chất và phát triển công cụ di truyền làm cho S. cerevisiae trở thành một bộ khung có thể kiểm soát cao để sản xuất sinh hóa. Ngoài các ứng dụng lịch sử trong làm bánh và nấu bia, loại men này đã được thiết kế để tạo ra vô số phân tử mục tiêu được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và trị liệu. Tuy nhiên, các hệ thống sản xuất tế bào có sự giằng co nội bộ giữa việc tạo ra nhiều tế bào hơn và tạo ra sản phẩm được thiết kế. Nhóm của Jewett tránh những hạn chế về tăng trưởng và khả năng tồn tại này bằng cách phá vỡ bộ máy sinh học ra khỏi tế bào và sử dụng vật liệu chiết xuất cho các phản ứng sinh hóa không tế bào, cho phép tối ưu hóa các đòn bẩy không dễ điều chỉnh trong tế bào sống. Trước đây, các nỗ lực sinh tổng hợp không tế bào với chiết xuất từ tế bào thô đã chủ yếu sử dụng các chủng E. coli chưa biến đổi . Các nhà nghiên cứu đã mở rộng phạm vi của kỹ thuật này bằng cách sử dụng chiết xuất từ S. cerevisiae và bằng cách kết hợp các kỹ thuật chuyển hóa tế bào để nâng cao tiềm năng sinh tổng hợp của các phản ứng không tế bào. Điều này chứng tỏ rằng quá trình quay lại trao đổi chất trong tế bào tạo ra chất chiết xuất với đầu ra thể tích lớn hơn chất chiết xuất kiểu dại (không thay đổi) và các chất nuôi cấy tế bào tương ứng. Cụ thể, việc sản xuất ba sản phẩm hóa học không có tế bào (butanediol, glycerol, axit itaconic) với tốc độ nhanh hơn 10 lần so với các phương pháp tiếp cận tế bào tương ứng cho thấy tính linh hoạt và hiệu quả của việc tích hợp kỹ thuật tế bào với sinh tổng hợp không tế bào. Rasor nói: “Điều này có thể mở rộng phạm vi của các nền tảng sinh học làm nền tảng cho các nỗ lực về tính bền vững. Ông Jewett, giám đốc Trung tâm Sinh học Tổng hợp cho biết: “Công trình của chúng tôi tiếp tục tham gia vào một lĩnh vực khoa học mới nổi tìm cách sử dụng các hệ thống không chứa tế bào từ chiết xuất tế bào thô để thiết kế chức năng tế bào, sản xuất phong thủy sinh học theo yêu cầu và chẩn đoán di động”, ông Jewett, giám đốc Trung tâm Sinh học Tổng hợp cho biết. "Thật vậy, những nỗ lực này đang mở rộng định nghĩa về sản xuất phong thủy sinh học để xây dựng một nền kinh tế sinh học bền vững." Đối với các bước tiếp theo, Jewett cho biết ông và các cộng sự đang xây dựng dựa trên công việc này cho cả việc tạo mẫu lộ trình trong bối cảnh trao đổi chất bị thay đổi và sản xuất phong thủy sinh học không có tế bào để bổ sung cho các phương pháp tiếp cận dựa trên tế bào hiện tại. Ông nói: “Việc mở rộng chiến lược kỹ thuật chuyển hóa tế bào / không tế bào tích hợp cho các chủng nấm men tạo ra các sản phẩm sinh hóa có giá trị gia tăng khác và tăng quy mô của các phản ứng không tế bào có thể thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp thay thế bền vững, hiệu quả kinh tế cho các quy trình sản xuất hóa chất hiện tại”.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210826130555.htm