As mudanças climáticas e a depleção de combustíveis fósseis aumentaram a necessidade world de produção química sustentável. Em resposta a esses desafios ambientais, as fábricas de células microbianas estão ganhando atenção como plataformas ecológicas para a produção de produtos químicos usando recursos renováveis, enquanto as tecnologias de engenharia metabólica para aprimorar essas fábricas de células estão se tornando ferramentas cruciais para maximizar a eficiência da produção. No entanto, as dificuldades na seleção de cepas microbianas adequadas e a otimização de vias metabólicas complexas continuam a representar obstáculos significativos às aplicações industriais práticas.
O Kaist (presidente Kwang-hyung Lee) anunciou em 27 de março que a equipe de pesquisa do Distinto Professor Sang Yup Lee no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular avaliou de forma abrangente as capacidades de produção de várias fábricas microbianas industriais usando simulações de silico e, baseadas nessas descobertas, como identificadas as respostas microbianas mais adequadas, que usam a melhoria de respostas microbianas para produzir químicos silico e, baseados nessas descobertas, como identificadas como identificadas as metais mais adequadas que serem utilizadas por simulações de silico e, com base nessas descobertas, como identificadas as respostas microbianas mais adequadas.
Anteriormente, os pesquisadores tentavam determinar as melhores cepas e estratégias eficientes de engenharia metabólica entre numerosos candidatos microbianos por meio de extensos experimentos biológicos e processos de verificação meticulosos. No entanto, essa abordagem exigiu tempo e custos substanciais. Recentemente, a introdução de modelos metabólicos em escala de genoma (GEMS), que reconstruem as redes metabólicas dentro de um organismo baseado em toda a sua informação do genoma, permitiu a análise sistemática de fluxos metabólicos por meio de simulações de computador. Esse desenvolvimento oferece uma nova maneira de superar as limitações das abordagens experimentais convencionais, revolucionando a seleção de tensão e o design da through metabólica.
Accordingly, Professor Lee’s group on the Division of Chemical and Biomolecular Engineering, KAIST, evaluated the manufacturing capabilities of 5 consultant industrial microorganisms — Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, and Pseudomonas putida — for 235 bio-based chemical substances. Usando gemas, os pesquisadores calcularam os rendimentos teóricos máximos e os rendimentos máximos alcançáveis em condições industriais para cada produto químico, estabelecendo assim critérios para identificar as cepas mais adequadas para cada composto alvo.
A equipe propôs estratégias especificamente, como a introdução de reações enzimáticas heterólogas derivadas de outros organismos e trocando cofatores usados por micróbios para expandir as vias metabólicas. Essas estratégias demonstraram aumentar os rendimentos além das capacidades metabólicas inatas dos microorganismos, resultando em maior produção de produtos químicos industrialmente importantes, como ácido mevalônico, propanol, ácidos graxos e isoprenoides.
Além disso, ao aplicar uma abordagem computacional para analisar os fluxos metabólicos no silico, os pesquisadores sugeriram estratégias para melhorar as cepas microbianas para maximizar a produção de vários produtos químicos. Eles identificaram quantitativamente as relações entre reações enzimáticas específicas e produção química-alvo, bem como as relações entre enzimas e metabólitos, determinando quais reações enzimáticas devem ser reguladas para cima ou para baixo. Com isso, a equipe apresentou estratégias não apenas para obter altos rendimentos teóricos, mas também para maximizar as capacidades reais de produção.
O Dr. Gi Bae Kim, o primeiro autor deste artigo do Centro de Pesquisa de Engenharia de Bioprocessos Kaist, explicou: “Ao introduzir vias metabólicas derivadas de outros organismos e trocar cofatores, é possível projetar mais fábricas de células microbiais. Além disso, o professor distinto Sang Yup Lee observou: “Esta pesquisa serve como um recurso-chave no campo da engenharia metabólica de sistemas, reduzindo dificuldades na seleção de tensão e no design de through e permitindo o desenvolvimento mais eficiente de fábricas de células microbianas.
Esta pesquisa foi realizada com o apoio a partir do desenvolvimento de tecnologias de plataforma de fábricas de células microbianas para o projeto de biorrefinarias da próxima geração e desenvolvimento de tecnologias de origem de biologia sintética avançada para liderar o projeto da indústria de biomanufatura (líder do projeto: Distinguishished Professor Sang Yup Lee, Kaist) da Fundação Nacional de Pesquisa Apoiada pelo Ministério da Corean da Ciência e Itt.
