Ectoine (1,4,5,6-tetrahidro-2-metil-4-pirimidinecarboxílic,CAS: 96702-03-3), una molècula de protecció natural, presenta una aigua excepcional - capacitat de retenció-80 vegades superior a la del glicerol. Equilibra efectivament la pressió osmòtica a través de les membranes cel·lulars, estabilitza les estructures de proteïnes i macromolècules i protegeix els sistemes biològics en condicions ambientals extremes. A causa d’aquestes propietats notables, l’ectoine s’ha aplicat àmpliament en indústries com la cosmètica i l’agricultura.
El 2023, la mida global del mercat d'Ectoine va assolir els 70 milions de milions, i el 2032 per a WespenToconTinueGrowingatacompoundannualGrowthrate (CAGR) de 5.4100 milions per al 2032.
Recentment, un equip de recerca dirigit pel professor Jiang Min de la Nanjing Tech University va publicar un estudi a la prestigiosa revista ACS Synthetic Biology. El document es titula "Producció d'alta ectoine a partir de hidrolitzat lignocellulosic per Escherichia coli mitjançant enginyeria metabòlica i de fermentació".
Els investigadors van construir un mòdul de síntesi d'ectoine aE. colii va alleujar la velocitat - limitant els passos, permetent la síntesi de 115,15 g/l ectoine mitjançant glucosa en un bioreactor de 5 L. Quan es va utilitzar hidrolitzat de palla de blat com a font de carboni, el rendiment ectoine va assolir 134,08 g/L (amb una productivitat de 0,33 g/g). Això representa el nivell més alt de síntesi ectoine per microorganismes que utilitzen fins ara la biomassa de cost baix -, proporcionant suport tècnic per a la producció industrial d’Ectoine. El candidat al doctorat Feng Yifan és el primer autor del document, mentre que el professor Xin Fengxue i el professor associat Jiang Wankui són els autors corresponents.
En primer lloc, els investigadors van integrar eltattabcCúmul de gens derivats del bacteri halofílicHalomonas venustaEct al genoma deE. coliMG1655, aconseguint la síntesi heteròloga d’Ectoine aE. coli.
Figura|Enginyeria metabòlica Construcció de la producció ectoine aE. coli
Per abordar el problema de la desviació de flux metabòlic de fosfenolpyruvat (PEP) a l'amfitrió, els investigadors van utilitzar la tecnologia CRISPR - Cas9 per eliminar el gen CRR - un gen clau del sistema fosfotransferasa (PTS). Això va redirigir el flux metabòlic cap a l’oxaloacetat (OAA), augmentant el rendiment ectoine de 0,56 g/L a 1,27 g/L.
Mitjançant la velocitat - limitant l’anàlisi dels enzims que combina la fermentació i els experiments de sobreexpressió, es va trobar que l’aspartat cinasa Lysc era el coll d’ampolla metabòlic. Per tant, després de sobreexpressió de la seva retroalimentació - mutant resistent Eclysc*, el rendiment de Flash Shake d'Ectoine es va incrementar encara més a 2,51 g/l.
Figura|Eliminació de la velocitat - Limitació dels passos a la via de síntesi d'Ectoine
Optimització sistemàtica de components mitjans - incloent els tipus i concentracions de fonts de carboni i fonts de nitrogen, així com les concentracions de clorur de sodi i sulfat de magnesi - van millorar encara més significativament l'eficiència de la síntesi. En un bioreactor de 5 L, els investigadors van trobar que l’efecte inhibidor de la glucosa sobre la síntesi d’ectoine es podria alleujar mitjançant l’adopció d’una estratègia d’alimentació controlada dinàmicament (mantenint una concentració residual de glucosa d’1,0 g/L). Mentrestant, després d’optimitzar el temps d’addició de l’inductor per equilibrar el creixement de les cèl·lules i la síntesi d’ectoine, el rendiment ectoine va assolir 115,15 g/l.
Figura|Optimització del procés de fermentació
Per aconseguir la producció de costos baix -, la glucosa es va substituir per hidrolitzat de palla de blat. Mitjançant un control precís de les estratègies de suplementació de la font de carboni i la regulació nutricional, el rendiment final va assolir 134,08 g/L (rendiment de 0,33 g/g de sucre, eficiència de producció de 3,7 g/l/h), un augment del 17% en comparació amb el sistema de glucosa pura i va assolir el nivell més alt reportat fins ara per a la síntesi de l’ecoina mitjançant hidrolosa de lignocel·lulosa.
Figura 1|Utilitzant hidrolitzat lignocellulosic com a font de carboni per a la producció ectoina
Aquesta investigació demostra una estratègia on Escherichia coli, mitjançant modificacions d’enginyeria metabòlica i de fermentació, utilitza de manera eficient l’hidrolitzat lignocel·lulòsic per produir ectoina. Proporciona una nova via per al cost baix - i la biomanfacturació respectuosa amb el medi ambient. Mitjançant les estratègies d'enginyeria dimensionals multi -, combina matèries primeres barates amb una biosíntesi eficient. Això no només avança el potencial industrial de la producció ectoine, sinó que també ofereix una referència per a la biomaníssim de l'altre valor - -.
Renúncia: aquest article pretén transmetre la informació més recent en biologia sintètica i no representa la posició de la plataforma. No constitueix cap consell o suggeriment d’inversió i prevalguin els anuncis oficials/de l’empresa. Aquest article tampoc és una recomanació del pla de tractament. Per a l’orientació del pla de tractament, consulteu un hospital habitual.
