Un grupo de investigación, formado por el estudiante de doctorado FUJIWARA Ryosuke, el Profesor Asociado TANAKA Tsutomu ambos de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Kobe y el Científico de Investigación NODA Shuhei Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles, ha logrado mejorar el rendimiento del producto químico objetivoproducción a partir de biomasa. Lo lograron mediante la ingeniería metabólica de las bacterias utilizadas en la bioproducción, de modo que utilizaría diferentes tipos de azúcar absorbido de la biomasa para objetivos separados.
Existen problemas encontrados al usar microbios para producir químicos objetivo; si los microbios usan las fuentes de carbono azúcares para su propia propagación, la producción química objetivo disminuye. Por otro lado, la supresión de esta propagación hace que los microbios se debiliten, lo que resulta enuna disminución general en la producción. Para tratar de resolver este problema, el equipo de investigación desarrolló una nueva estrategia llamada Ingeniería de vías metabólicas paralelas PMPE, que les permite controlar tanto la producción química objetivo como la propagación de microbios. Usaron este enfoque para alterar E. coli bacterias para aumentar con éxito la producción del ácido mucónico precursor de nylon.
Si es posible utilizar la fuente de carbono seleccionada únicamente para la producción química objetivo y utilizar las fuentes restantes para la propagación de microbios, esto traerá grandes avances en la producción de compuestos aromáticos y materias primas para productos médicos y químicos.
Los resultados de esta investigación se publicaron por primera vez en Comunicaciones de la naturaleza el 14 de enero
puntos principales
Antecedentes de investigación
Confiamos en los combustibles fósiles como materia prima para producir diversos productos. Sin embargo, la producción de compuestos derivados del petróleo aumenta la cantidad de CO atmosférico 2 , causando una multitud de problemas ambientales como el calentamiento global.
En consecuencia, existe la necesidad de desarrollar tecnologías de biorrefinería * 1, que implican el uso de microbios para producir compuestos químicos a partir de recursos renovables abundantes de forma natural, como la materia arbórea y vegetal. Los productos derivados de la biomasa tienen la ventaja de ser neutrales en carbono *2; no aumentan la cantidad de CO 2 en la atmósfera. Se espera que el uso de biomasa para producir diversos compuestos útiles pueda formar una base para una sociedad baja en carbono, reduciendo la cantidad de CO atmosférico 2 .
El ácido mucónico es un químico útil que se puede convertir fácilmente en ácido adípico, un ingrediente en la producción de nylon. También se utiliza como materia prima en la producción de diversos productos médicos y químicos. Sin embargo, actualmente se sintetiza químicamente a partir del petróleoSe espera que se pueda desarrollar un método de fermentación utilizando microbios y recursos renovables basados en plantas con condiciones de reacción más suaves y menos subproductos.
Sin embargo, existen problemas con el uso de microbios para producir químicos objetivo a partir de la biomasa. Hay muchos casos en los que, aunque los microbios utilizan la biomasa, se propagan a sí mismos en lugar de producir el químico objetivo. Sin embargo, alteran el metabolismo para evitar que los microbios se acumulen.el aumento hace que se debiliten, lo que significa que los productos químicos objetivo no pueden sintetizarse. El equilibrio entre la autopropagación de los microbios y la producción química objetivo es un gran problema.
Para resolver este dilema, el equipo de investigación desarrolló una nueva técnica llamada Ingeniería de vías metabólicas paralelas PMPE en la que separaron la utilización de azúcar entre la propagación de microbios y la producción química objetivo, lo que les permitió controlar cada proceso de forma independiente.
Contenido de investigación
La biomasa lignocelulósica, que no compite con los suministros mundiales de alimentos, está compuesta de glucosa y azúcares de xilosa. El equipo de investigación desarrolló una estrategia metabólica que implicaba modificar el E. coli bacterias para que pueda utilizar glucosa para la producción química objetivo y xilosa para la propagación de microbios.
En los microbios normales, la glucosa y la xilosa utilizan la misma vía metabólica y se utilizan para el crecimiento de microbios y la producción química objetivo. Esto reduce la cantidad de químico objetivo sintetizado porque los microbios absorben los azúcares para producir y mantener los elementos y la energía que contienenrequieren para vivir.
Para mitigar este problema, el grupo de investigación desarrolló una nueva estrategia llamada PMPE. La división de la ruta metabólica de los microbios permite que cada azúcar se utilice de forma independiente con toda la glucosa utilizada para la producción química objetivo y toda la xilosa utilizada para la propagación de microbios ymantenimiento. Esto permitió que se produjera un mayor rendimiento del producto químico objetivo porque no se estaba utilizando glucosa para el crecimiento de microbios.
Este grupo de investigación introdujo una vía metabólica a la modificada E. coli para sintetizar ácido mucónico. El modificado E. coli utilizó la glucosa y la xilosa, lo que condujo a la producción del producto químico objetivo. Los investigadores lograron producir 4,26 g / L de ácido mucónico con un rendimiento de 0,31 g / g de glucosa. Esto se considera el rendimiento más alto del mundo,demostrando la efectividad de la estrategia PMPE.
Posteriormente, los investigadores investigaron si la estrategia de PMPE podría aplicarse a la producción de productos químicos objetivo distintos del ácido mucónico. Como resultado, aumentaron con éxito los rendimientos del aminoácido esencial y el compuesto aromático fenilalanina y 1,2-propanodiol, quese utiliza como aditivo en medicamentos y productos alimenticios. Estos resultados han demostrado que el PMPE es una técnica versátil que se puede utilizar para producir de manera eficiente una variedad de compuestos.
Desarrollos adicionales
Se espera que la técnica PMPE desarrollada por este grupo de investigación pueda aplicarse para aumentar la producción de una amplia variedad de materias primas, como compuestos aromáticos y ácido dicarboxílico, utilizados en productos médicos y químicos. Además, esta estrategia de alterarEl metabolismo de las bacterias permitirá que la biomasa que contiene múltiples azúcares se utilice de manera más eficiente.
Notas
* 1 Tecnologías de biorrefinería Estas son tecnologías para producir biocombustibles, bioplásticos e ingredientes de medicamentos, etc., utilizando recursos de biomasa renovables.
* 2 Carbon Neutral Un concepto para mantener la cantidad de CO atmosférico 2 constante al compensar las emisiones de carbono con la eliminación de carbono, o al eliminar las emisiones de carbono por completo. El uso de biomasa en lugar de combustibles fósiles es un ejemplo de un proceso neutral en carbono.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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