Используя транскрипционный анализ всего генома, исследователи JBEI определили родные области ДНК – названный «покровителями» – в E. coli, которые отвечают на токсичные метаболиты, способствуя выражению защитных генов. Они тогда разработали систему на основе этих покровителей для регулирования искусственных метаболических путей, спроектированных в E.coli, чтобы позволить бактерии произвести amorphadiene.«Статические регуляторы токсичных уровней метаболита были развиты, но это – первый регулятор метаболита, который отвечает на изменения в микробном росте и условиях окружающей среды», говорит Джей Кислинг, генеральный директор JBEI и занимающей место власти на синтетической биологии, которая привела это исследование. «Системы управления, которые могут ощутить и ответить на экологический или изменения роста, необходимы для оптимального производства желаемого химиката».
Keasling, который также служит Объединенным Начальником лаборатории Биологических наук в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), ведущем институте в сотрудничестве JBEI, является соответствующим автором статьи, описывающей это исследование в журнале Nature Biotechnology. Бумага названа «Техническое динамическое регулирование пути, используя покровителей ответа напряжения».
Соавторы – Роберт Даль, Фучжун Чжан, Хорхе Алонсо-Гутьеррес, Эдвард Бэйду, Tanveer Batth, Алисса Реддинг-Джохэнсон, Кристофер Пецолд, Aindrila Mukhopadhyay, Тэек Сун Ли и Пол Адамс.От спасительных наркотиков, таких как артемизинин, к стабильному, зеленому биотопливу, метаболическая разработка микробов для производства ценных химикатов продолжает расти в важности. До настоящего времени самые продуктивные микробные хозяева были спроектированными с несоответствующими путями, для которых у них есть минимальный родной regula tion выражаемых метаболитов. Однако такое нерегулируемое выражение несоответствующих ферментов может быть токсично для хозяина, который может ограничить производство целевого химиката к значительно ниже уровней, которые могли быть получены.
«Хотя синтетическая биология добилась больших успехов в создании новых, динамических генетических схем, большинство систем управления для несоответствующих метаболических путей все еще полагается на индуцибельный или учредительный pro двигатели», говорит Кислинг. «Подходы, развитые, чтобы скроить силу выражения посредством библиотек покровителя, mRNA стабильность или закрепление рибосомы, оптимизированы для конкретной фазы роста или условия в биореакторе, однако, росте и изменении условий окружающей среды во время процесса брожения».Так как накопление промежуточных метаболитов к уровням токсичности у микроба во время процесса брожения может привести к ответу напряжения, Keasling и его коллеги JBEI рассуждали, что должно быть возможно выявить систему ответа напряжения местного жителя микроба хозяина, когда метаболиты накапливаются. Профилирование расшифровки стенограммы генома E.coli позволило им оценивать transcrip ответ tional на несоответствующий путь и создает список покровителей, которые могли использоваться, чтобы ответить на промежуточную токсичность.
«Используя таких покровителей, чтобы отрегулировать выражение пути в ответ на токсичные промежуточные метаболиты создает связь между метаболическим государством клетки и выражением метаболического пути», говорит Кислинг. «Это позволяет нам создать биодатчики, которые отвечают на и регулируют промежуточные звенья пути. В silico моделях указали, и мы продемонстрировали в этом исследовании, что наш подход может использоваться, чтобы улучшить производство желаемого химиката по общим индуцибельным покровителям и учредительным покровителям различных преимуществ».
Keasling и его коллеги полагают, что их динамический подход к регулированию метаболита мог быть расширен на более высокие организмы также, где учредительный promot ers все еще обычно используются. Это поддерживает потенциал для – среди прочего – улучшение накопления питательных веществ в продовольственных зерновых культурах или уменьшения лигнина в энергетических зерновых культурах, который делает извлечение топливного сахара трудным и дорогим.
«На что мы смотрим, стратегии, которые могли помочь уменьшить проблемы, связанные с кормлением более многочисленного мирового населения или эффективно преобразованием биомассы в возобновляемые виды топлива», говорит Кислинг.