В этом номере я рекомендую вам профессору Чэнь Гоцяну, директору Центра синтетической и системной биологии Университета Цинхуа.Инженерия метаболизмаВ статье: Engineering low-salt growth Halomonas Bluephagenesis for cost-effective bioproduction combined with adaptive evolution 。 В этом исследовании используется плазменная технология при комнатной температуре при атмосферном давлении (ARTP) для случайных мутаций синекристаллических соляных одноклеточных бактерий и отбора штаммов, которые хорошо растут при низких концентрациях соли. Ферментирование полученных доминирующих штаммов для производства PHA обеспечивает двойную выгоду от высокой урожайности и снижения затрат. Сравнение мутировавших штаммов с дикими генотипами выявило гены, связанные с солевым принуждением штаммов соленофильных хозяев.

Полигидроксижирные кислоты (Polyhydroxyalkanoates, PHA) - полимеры, используемые в бактериях для хранения энергии, которые могут быть разработаны в виде зеленых биоразлагаемых пластмасс. Он обладает физико - химическими свойствами химических пластмасс, но также имеет ряд свойств, таких как биоразлагаемость, биосовместимость, оптическая активность и газовая изоляция. Солофильный одноклеточный штамм TD01, производимый PHA, является солофильным бактерией, отделенным от озера Эдингер в Синьцзяне, Китай, и может быстро расти в нестерильных условиях при высоких концентрациях pH и соли. Несмотря на то, что высокопроизводительные штаммы были преобразованы в сине - кристаллические соляные моноциты, такие как носители экспрессии и инициаторы, многое еще неизвестно о их солестойкости. Обратная трансформация синекристаллических соляных моноцитов, таких как выживание с низкой солью и высоким pH, может еще больше снизить затраты на обработку солевых сточных вод, более высокую степень разделения клеток и более высокую степень очистки PHA.

Поскольку клеточные белки, участвующие в управлении биологическими процессами в клетках, обычно демонстрируют различные стратегии распределения для борьбы с внешним давлением, таким как осмотическое давление солености, тепловой шок, ультрафиолетовое облучение и т. Д. Существует определенная сложность в рациональном проектировании метаболических сетей для получения регуляции солевого давления. Технология плазмы при комнатной температуре при атмосферном давлении (ARTP) - это метод случайной мутации всего генома, поскольку механизм солестойкости микроорганизмов включает в себя сеть регулирования на системном уровне, поэтому ARTP, который может обеспечить случайную мутацию всего генома, более подходит для модификации шасси сине - кристаллической соляной моноцитозы.

Исследователи проверили рост диких одноклеточных бактерий TD01 и трех рекомбинантных бактерий TDH4, TD68, TD68 - 194 в соленой среде с высокой концентрацией (50 г / л NaCl) и низкой концентрацией (10 г / л NaCl), соответственно, и показали, что ни один из штаммов не имел колоний в пластинах с низкой концентрацией соли (рисунок 2). Для этих четырех штаммов была проведена мутация ARTP в течение 5 минут, а кривая летальности показала оптимальное время обработки в течение 3 минут (рисунок 2). В мутировавшем резервуаре были отобраны четыре наиболее быстрорастущих бактерии при низкой концентрации соли, затем был проведен второй цикл мутагенеза, и в итоге было получено четыре бактерии: TD01A.₂В₅, ТДХ4А₁В₅, ТД68А₂В₃и TD68-194A₁В₅(Рисунок 2). Из них TDH4A₁В₅Бактерии обладают отличными производственными свойствами, стволовой вес клеток может достигать 11 г / л, что содержит 60% производства PHA в процентах от массы.

Для мутировавших штаммовТДХ4А₁В₅Генетическая модификация, добавление фаCAB - операторов, увеличение метаболического потока, 40 - часовая ферментация нестерилизованных добавок в системе 7L партиями, что на 21% и 36% больше, чем производство PHB и P34HB в дикой природе (рисунок 3). Дальнейшая его модификация привела к увеличению секреции сульфата и экстрагена на 50% и 77% соответственно, и многогранный анализ продемонстрировал потенциал применения донных бактерий с низкой концентрацией соли (рис. 4). Сопоставление генов выявило механизмы контроля соленого принуждения штаммов соленофильных хозяев, включая 101 ген, связанный с осмотическим давлением. Более того, благодаря использованию рекомбинантной синефильной бактерии TDH4A1B5 стоимость PHA при ферментационной системе 7L снизилась на 1 / 3, что значительно повысило ее экономическую конкурентоспособность (рисунок 5).

рисунок1 Данная техническая дорожная карта

рисунок2 АРТПмутагенные данные

рисунок3 заH. блюфагенезТДХ4А₁В₅Преобразование для высокой производительностиPHA

рисунок4 заH. блюфагенезТДХ4А₁В₅ПерестройкаПрименяется для производства различных белков.

рисунок5 Анализ затрат на низкосолевое и высокосолевое брожение

Ссылки на документы:

https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.08.001