Ectoine (1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic,CAS: 96702-03-3), một phân tử bảo vệ tự nhiên, thể hiện một nước đặc biệt - khả năng duy trì cao hơn 80 lần so với glycerol. Nó cân bằng hiệu quả áp lực thẩm thấu trên màng tế bào, ổn định các cấu trúc của protein và đại phân tử, và bảo vệ các hệ thống sinh học trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Do những đặc tính đáng chú ý này, ectoine đã được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như mỹ phẩm và nông nghiệp.
Vào năm 2023, quy mô thị trường toàn cầu của ectoine đạt 70 triệu, và viêm dự kiến sẽ dự kiếnToContinueGrowingAcompoundAnnualGrowthrate (CAGR) là 5,4100 triệu vào năm 2032.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Jiang Min dẫn đầu từ Đại học Nanjing Tech đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí có uy tín ACS Systetic Biology. Bài báo có tiêu đề "Sản xuất ectoine cao từ thủy phân lignocellulosic của Escherichia coli thông qua kỹ thuật chuyển hóa và lên men".
Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mô -đun tổng hợp ectoine trongE. colivà làm giảm tốc độ - Các bước giới hạn, cho phép tổng hợp 115,15 g/l ectoine sử dụng glucose trong bộ lọc sinh học 5 L. Khi thủy phân rơm lúa mì được sử dụng làm nguồn carbon, năng suất ectoine đạt 134,08 g/L (với năng suất 0,33 g/g). Điều này thể hiện mức độ tổng hợp ectoine cao nhất của các vi sinh vật bằng cách sử dụng sinh khối chi phí thấp - cho đến nay, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc sản xuất ectoine công nghiệp. Ứng cử viên tiến sĩ Feng Yifan là tác giả đầu tiên của bài báo, trong khi Giáo sư Xin Fengxue và Phó Giáo sư Jiang Wankui là các tác giả tương ứng.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tích hợpectabccụm gen có nguồn gốc từ vi khuẩn halophilicHalomonas VenustaEct vào bộ gen củaE. coliMG1655, đạt được sự tổng hợp dị hợp của ectoine trongE. coli.
Hình|Kỹ thuật chuyển hóa xây dựng sản xuất ectoine trongE. coli
Để giải quyết vấn đề chuyển hóa chuyển hóa phosphoenolpyruvate (PEP) trong vật chủ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ CRISPR - Cas9 để loại bỏ gen CRR - một gen quan trọng trong hệ thống phosphotransferase (PTS). Điều này đã chuyển hướng từ thông chuyển hóa về phía oxaloacetate (OAA), làm tăng năng suất ectoine từ 0,56 g/L lên 1,27 g/L.
Thông qua tỷ lệ - Phân tích enzyme kết hợp các thí nghiệm lên men và biểu hiện quá mức, người ta thấy rằng aspartate kinase lysc là nút cổ chai trao đổi chất. Do đó, sau khi biểu hiện quá mức phản hồi của nó - đột biến chống đột biến chống đột biến*, năng suất bình lắc của ectoine đã tăng thêm lên 2,51 g/l.
Hình|Loại bỏ tỷ lệ - Giới hạn các bước trong con đường tổng hợp ectoine
Tối ưu hóa có hệ thống các thành phần trung bình - bao gồm các loại và nồng độ của nguồn carbon và nguồn nitơ, cũng như nồng độ natri clorua và magiê sulfate- cải thiện đáng kể hiệu quả tổng hợp. Trong một lò phản ứng sinh học 5 L, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tác dụng ức chế glucose đối với quá trình tổng hợp ectoine có thể được giảm bớt bằng cách áp dụng chiến lược cho ăn được kiểm soát động (duy trì nồng độ glucose còn lại là 1,0 g/L). Trong khi đó, sau khi tối ưu hóa thời gian bổ sung của chất cảm ứng để cân bằng sự phát triển của tế bào và tổng hợp ectoine, năng suất ectoine đạt 115,15 g/l.
Hình|Tối ưu hóa quá trình lên men
Để đạt được sản xuất chi phí -, glucose đã được thay thế bằng thủy phân rơm lúa mì. Thông qua việc kiểm soát chính xác các chiến lược bổ sung nguồn carbon và điều hòa dinh dưỡng, năng suất cuối cùng đạt 134,08 g/L (năng suất 0,33 g/g, hiệu quả sản xuất 3,7 g/l/h), tăng 17% so với hệ thống glucose tinh khiết và nó đạt đến mức độ cao.
Hình 1|Sử dụng thủy phân lignocellulosic làm nguồn carbon để sản xuất ectoine
Nghiên cứu này cho thấy một chiến lược trong đó Escherichia coli, thông qua các sửa đổi kỹ thuật chuyển hóa và lên men, sử dụng hiệu quả thủy phân lignocellulosic để tạo ra ectoine. Nó cung cấp một con đường mới cho chi phí thấp- và sản xuất sinh học thân thiện với môi trường. Bằng cách sử dụng các chiến lược kỹ thuật thứ nguyên đa -, nó kết hợp các nguyên liệu thô rẻ tiền với sinh tổng hợp hiệu quả. Điều này không chỉ thúc đẩy tiềm năng công nghiệp của sản xuất ectoine mà còn cung cấp một tài liệu tham khảo cho sản xuất sinh học của các hợp chất - khác - đã thêm các hợp chất.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này nhằm mục đích truyền đạt thông tin mới nhất về sinh học tổng hợp và không đại diện cho lập trường của nền tảng. Nó không cấu thành bất kỳ lời khuyên hoặc đề xuất đầu tư nào, và các thông báo chính thức/công ty sẽ chiếm ưu thế. Bài viết này cũng không phải là một khuyến nghị kế hoạch điều trị. Để được hướng dẫn kế hoạch điều trị, xin vui lòng tham khảo một bệnh viện thường xuyên.
