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测序显示进化如何破坏生物过程商业化

导读向可持续生物基化学品生产的转变对绿色生长很重要,但工业细胞的生产率和产量在大规模工业规模发酵中经常降低。这种更多生物过程商业化的障

向可持续生物基化学品生产的转变对绿色生长很重要,但工业细胞的生产率和产量在大规模工业规模发酵中经常降低。这种更多生物过程商业化的障碍主要归因于大型立方米钢罐的物理效率低下。

生物工程师长期以来一直在讨论在大规模工业规模生产的相对短时间内消除工程生产细胞生产的进化是否现实。

根据Nature Communications发表的一项新研究,在限制生物过程中,进化的作用被低估了。

“使用新的超深度DNA测序方法,我们发现进化限制了生物生产。我们可以利用这种洞察力重新设计我们的细胞工厂,以便在工业大规模生产更高效,“Novo Nordisk基础生物可持续性中心DTU的细菌合成生物学教授兼科学主任Morten Sommer说。

有害的进化被低估了

诺和诺德基金会生物可持续性研究中心的这项研究表明,进化机制通过各种突变来限制扩大规模,这种突变比以前预期的更宽,更快。

“使用新的超深度DNA测序方法,我们发现进化限制了生物生产。我们可以利用这种洞察力重新设计我们的细胞工厂,以便在工业大规模生产更高效”

研究结果表明,进化是扩大规模的一个更重要的威胁,不能排除它限制商业化大规模发酵的效率。

“非生产性细胞亚群的进化导致我们的案例研究中的生产损失。进化的速度取决于生化产品,但它绝对可以在工业时间尺度内发生。这使得扩大生物基过程变得困难,“Novo Nordisk基金会生物可持续性中心的博士后Peter Rugbjerg说。

然而,通过对数千个不同的细胞进行超深度测序,现在可以对不同的放大错误模式进行评分,并且可以更早地对抗进化。

研究人员现在正在验证他们的生物信息学方法,并通过与发酵公司合作来测试问题在实际行业中的普遍程度。

早期的进化决定了规模的长期命运

结果暗示化学生产细菌中的工程化生产基因主要是由非预期的破坏和遗传重排突变,而不是被称为单核苷酸多态性(SNP)的较慢的经典点突变。这些突变使得非生产细胞更适合发酵罐养分的竞争。

“我们发现,随着时间的推移,当我们对数千种生产生物进行深度测序时,各种各样的遗传破坏都会使细胞产生不生产。细胞有许多内置方法可以去除不需要的基因,而且最重要的是在标准分析工具中被忽略了,“Novo Nordisk基金会生物可持续性中心的博士后Peter Rugbjerg说。

最终导致完全丧失生产的进化突变体可以在低于0.1%的频率下很早就被检测到,这可能允许将来更早地鉴定失败的发酵。

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