Un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis descubrió una forma de mejorar la producción de biocombustibles, productos farmacéuticos, materiales y otros productos químicos útiles al capitalizar la ética de trabajo de las células.
El equipo de investigación, dirigido por Fuzhong Zhang, profesor asistente de energía, ingeniería ambiental y química en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, descubrió que las células microbianas genéticamente idénticas tienen una ética de trabajo diferente. El equipo desarrolló una herramienta para garantizar quelas células que trabajan siguen trabajando duro y se eliminan las células de bajo rendimiento.
La investigación se publica en línea en Biología química de la naturaleza 21 de marzo
Al diseñar microbios para producir químicos útiles, las células del mismo ancestro a menudo realizan tareas de manera diferente. Usando cepas de la bacteria E. coli, el equipo de Zhang demostró que solo una pequeña fracción de células trabajó duro para producir los químicos deseados, mientras quela mayoría de los demás se contentaron con no trabajar, sino con comer nutrientes destinados a las células en funcionamiento. La diferente ética de trabajo no es causada por mutaciones genéticas involuntarias, encontraron, sino por el "ruido" en biología, que es inherente a la naturaleza e imposible deeliminar.
Para evitar que las células perezosas desperdicien nutrientes, el equipo de Zhang desarrolló una herramienta de control de calidad, llamada PopQC, que puede mantener el funcionamiento de las células de alto rendimiento mientras se eliminan las células de bajo rendimiento. El equipo colocó un sensor dentrolas células que podían sentir cuánto trabajo estaba haciendo cada célula. Si el sensor determinaba que una célula estaba produciendo muchos de los productos, el sensor activaría un controlador para producir una proteína que les permitiera sobrevivir y crecer.determinó que la célula no estaba trabajando lo suficientemente duro, permaneció en silencio y las células perezosas murieron por falta de nutrición o fueron destruidas por los antibióticos.
El equipo aplicó PopQC a dos cepas diseñadas de E. coli: una diseñada para producir ácido graso libre, un precursor de biocombustibles u otros químicos de alto volumen; y otra diseñada para producir tirosina, un aminoácido que puede ser un precursor deproductos farmacéuticos. PopQC permitió que las células trabajadoras dominaran en ambos cultivos y condujo a una producción triple mejorada del conjunto de ácidos grasos libres y tirosina, dijo Zhang.
"PopQC podría aplicarse a una variedad de vías biosintéticas y organismos hospedantes siempre que exista un sensor adecuado que detecte el producto en el hospedador diseñado", dijo Zhang. "Debido a que el ruido es un problema universal en biología, el principio de diseño deEste trabajo debería inspirar a los ingenieros de muchos otros campos para mejorar la eficiencia de los sistemas de ingeniería ".
Zhang ha presentado una solicitud de patente para el principio de diseño con asistencia de la Oficina de Gestión de Tecnología de la universidad.
Los intereses de investigación de Zhang se centran en aplicar metodologías de biología sintética para desarrollar sistemas microbianos para la producción sostenible de biocombustibles, productos químicos y materiales con estructuras definidas y propiedades controlables. También está interesado en desarrollar herramientas que permitan a los microbios diseñados para sintetizar productos objetivo y realizartareas complejas de manera más eficiente y robusta.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Beth Miller. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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