Ectoine (1,4,5,6-tétrahydro-2-méthyl-4-pyrimidinecarboxylique,CAS: 96702-03-3), une molécule de protection naturelle, présente une capacité de rétention exceptionnelle - - 80 fois supérieure à celle du glycérol. Il équilibre efficacement la pression osmotique à travers les membranes cellulaires, stabilise les structures des protéines et des macromolécules et protège les systèmes biologiques dans des conditions environnementales extrêmes. En raison de ces propriétés remarquables, l'ectoine a été largement appliqué dans des industries telles que les cosmétiques et l'agriculture.
En 2023, la taille du marché mondial de l'ectoine a atteint 70 millions de dollars, les andites attendaient la croissance de l'agrandissement de l'agrandissement (TCAC) de 5,4100 millions d'embarcatation d'ici 2032.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Jiang Min de la Nanjing Tech University a publié une étude dans la prestigieuse revue ACS Synthetic Biology. Le document est intitulé "Une forte production d'ectoine à partir d'hydrolysat lignocellulosique par Escherichia coli par l'ingénierie métabolique et de fermentation".
Des chercheurs ont construit un module de synthèse ectoine dansE. coliet soulagé le taux - limitant les étapes, permettant la synthèse de 115,15 g / l de l'éctoine en utilisant du glucose dans un bioréacteur de 5 L. Lorsque l'hydrolysat de la paille de blé a été utilisé comme source de carbone, le rendement de l'ectoine a atteint 134,08 g / L (avec une productivité de 0,33 g / g). Cela représente le plus haut niveau de synthèse de l'ectoine par des micro-organismes utilisant la biomasse coûteuse faible - à ce jour, fournissant un support technique pour la production industrielle de l'ectoine. Le doctorant Feng Yifan est le premier auteur de l'article, tandis que le professeur Xin Fengxue et le professeur agrégé Jiang Wankui sont les auteurs correspondants.
Premièrement, les chercheurs ont intégré leectabcgrappe de gènes dérivée de la bactérie halophileHalomonas VenustaEct dans le génome deE. coliMG1655, réalisant la synthèse hétérologue de l'ectoine enE. coli.
Figure|Construction d'ingénierie métabolique de la production d'ectoine enE. coli
Pour résoudre le problème de la diversion du flux métabolique du phosphoenolpyruvate (PEP) chez l'hôte, les chercheurs ont utilisé la technologie CRISPR - pour éliminer le gène CRR - un gène clé du système phosphotransférase (PTS). Cela a redirigé le flux métabolique vers l'oxaloacétate (OAA), augmentant le rendement ectoine de 0,56 g / L à 1,27 g / L.
Grâce au taux - limitant l'analyse enzymatique combinant des expériences de fermentation et de surexpression, il a été constaté que l'aspartate kinase LYSC était le goulot d'étranglement métabolique. Par conséquent, après avoir surexprimé son rétroaction - mutant résistant Eclysc *, le rendement du ballon à shake d'ectoine a été encore augmenté à 2,51 g / L.
Figure|Élimination du taux - Étapes limitant la voie de la synthèse ectoine
L'optimisation systématique des composants moyens -, y compris les types et les concentrations de sources de carbone et de sources d'azote, ainsi que les concentrations de chlorure de sodium et de sulfate de magnésium - ont encore amélioré l'efficacité de synthèse. Dans un bioréacteur de 5 L, les chercheurs ont constaté que l'effet inhibiteur du glucose sur la synthèse de l'ectoine pouvait être atténué en adoptant une stratégie d'alimentation contrôlée dynamiquement (en maintenant une concentration résiduelle de glucose de 1,0 g / L). Pendant ce temps, après avoir optimisé le temps d'addition de l'inducteur à l'équilibre de la croissance cellulaire et de la synthèse de l'ectoine, le rendement de l'ectoine a atteint 115,15 g / L.
Figure|Optimisation du processus de fermentation
Pour obtenir une production coûteuse faible -, le glucose a été remplacé par une hydrolysat de paille de blé. Grâce à un contrôle précis des stratégies de supplémentation sur la source du carbone et de la régulation nutritionnelle, le rendement final a atteint 134,08 g / L (rendement de 0,33 g / g de sucre, efficacité de production de 3,7 g / l / h), une augmentation de 17% par rapport à l'ectoie pur, et il a atteint le niveau le plus élevé signalé jusqu'à présent pour la synthèse de l'ectoine en utilisant l'hydrolyzate de lignocellulose.
Figure 1|Utilisation d'hydrolysat lignocellulosique comme source de carbone pour la production d'ectoine
Cette recherche démontre une stratégie où Escherichia coli, par le biais de modifications de l'ingénierie métabolique et de fermentation, utilise efficacement l'hydrolysat lignocellulosique pour produire de l'ectoine. Il fournit une nouvelle voie pour le coût faible - et la biopromation respectueuse de l'environnement. En utilisant des stratégies d'ingénierie dimensionnelles multi -, il combine des matières premières peu coûteuses avec une biosynthèse efficace. Cela fait non seulement des progrès du potentiel industriel de la production d'ectoine, mais offre également une référence pour la bio-fabrication d'autres composés ajoutés - -.
Avertissement: Cet article vise à transmettre les dernières informations en biologie synthétique et ne représente pas la position de la plate-forme. Il ne constitue aucun avis ou suggestion d'investissement, et les annonces officielles / d'entreprise prévalent. Cet article n'est pas non plus une recommandation de plan de traitement. Pour les conseils sur le plan de traitement, veuillez consulter un hôpital ordinaire.
