«Синтетическая жизнь, проектная жизнь» — это важная миссия синтетической биологии и биопроизводства посредством проектирования по требованию и химической реконструкции искусственных геномов для достижения точного строительства фабрик искусственных клеток.
В настоящее время клеточные фабрики сталкиваются с такими узкими местами, как сложные метаболические сети, отсутствие рационального дизайна, высокая стоимость проб и ошибок, а также длительный цикл биологической трансформации шасси, которые ограничивают применение клеточных фабрик.
Интеграция этих трех позволит построить гибкую, интеллектуальную и автоматизированную клеточную фабрику нового поколения, создать новую парадигму исследований и разработок в области молекулярного биосинтеза, значительно ускорить итерацию цикла проектирования, синтеза, тестирования и оптимизации, а также реализовать проектирование по требованию. и быстрое производство ценных целевых молекул.
Гибкая технология клеточного завода
Гибкость клеточных фабрик в основном относится к способности клеточного генома претерпевать широкий спектр структурных изменений и обеспечивать разнообразие генотипов. С непрерывным прогрессом и развитием синтетической биологии постепенно стал осуществляться синтез de novo крупных фрагментов ДНК и даже всего генома. Например, целью Международного проекта по синтетическим геномам дрожжей является получение легко адаптируемого, гибкого и универсального генома Saccharomyces cerevisiae. В проекте Sc2.0 loxPsym loxPsym вставлен в конец 3' (3'UTR) всех несущественных генов, и под воздействием рекомбиназы Cre между ними происходят различные реакции перестройки, включая делецию, инверсию, репликацию и транслокацию. loxPsym, что приводит к созданию библиотеки реаранжировки, содержащей разнообразный генотип.
Система SCRaMbLE значительно повышает гибкость дрожжей и может быстро вызвать структурную перестройку генома. Генотипическое разнообразие может привести к фенотипическому разнообразию, а признаки, необходимые для клеточных фабрик, могут быть получены с помощью одного раунда или итерации SCRaMbLE и скрининга.
Гибкое применение клеточной фабрики
Опосредованная loxPsym гибкость генома в масштабе всего генома может генерировать богатые структурные вариации генома и получать штаммы дрожжей с различными генотипами и фенотипами. Далее мы сосредоточимся на тематических исследованиях, чтобы проиллюстрировать, как можно использовать гибкость клеток для получения превосходных штаммов клеточной фабрики с адаптируемостью к росту и повышенным выходом продукта.
1. Гибкие клетки улучшают адаптацию штамма к росту.
Технология гибких клеток создала эффективные методы повышения толерантности клеток к окружающей среде (например, высокой температуре, уксусной кислоте, щелочи, этанолу или ксилозе и т. д.) и устойчивости к лекарствам (например, рапамицину, гигромицину B или кофеину), что может повысить потенциал клеточных фабрик в промышленности.
Толерантность к жаре является одним из основных ограничивающих факторов промышленного производства этанола дрожжами. Гибкая индукция гаплоидных и диплоидных дрожжей позволяет существенно повысить устойчивость штаммов к высоким температурам. Не только это, но и толерантность клеток к лекарствам можно повысить за счет гибкости клеток.
2. Гибкие клетки увеличивают выход продукции на клеточных фабриках.
Гибкая клеточная технология не только улучшает нативный фенотип (толерантность) штамма, но также улучшает выработку штаммом метаболитов гетерометаболических путей. Гетерологичные метаболические пути могут быть введены в синтетические дрожжи посредством свободных плазмид или интеграции в геном дрожжей. Индукция гибкости может изменить метаболическую сеть (например, делецию, репликацию, реверсию или транслокацию генов, связанных с урожайностью), вызывая большое количество структурных изменений, тем самым увеличивая выход целевого продукта.
Каротиноиды являются важными антиоксидантами, которые можно использовать для выявления штаммов, повышающих урожайность, по изменению цвета. Фиолетовый бациллин – еще один гетерологичный метаболит, который легко выявить.
Применение гибкой клеточной технологии для создания высококачественных клеточных заводов промышленного назначения является многообещающим подходом. Преимущество клеточной гибкости состоит в том, что разнообразный генетический пул с различными структурными вариациями можно получить всего за несколько дней.
Что еще более важно, поскольку принцип мутации в гибких клетках отличается от других методов, система SCRaMbLE ортогональна этим существующим методам геномной эволюции. В результате гибкую клеточную технологию можно комбинировать с другими методами для ускорения процесса скрининга. Кроме того, гибкие синтетические хромосомы также можно переносить в штаммы дикого типа с помощью технологии CRISPRCas9, которая может расширить применение гибких клеток за счет передачи особого фенотипа, вырабатываемого гибкими клетками, другим дрожжам дикого типа.
Клеточные фабрики умны
Элементы и модули существующих клеточных фабрик в основном основаны на простых модификациях или мутационном скрининге природных организмов, а быстрое развитие технологии искусственного интеллекта в последние годы показало большой потенциал в разработке элементов и модулей клеточных фабрик, таких как ДНК, РНК, и белок. Хотя методы интеллекта, управляемого данными, могут находить закономерности в больших объемах данных, не только сложно добиться эффективного поиска экспоненциального пространства проектирования для сложных биологических систем, но и не обеспечить безопасность и управляемость результатов проектирования.
Для решения этих проблем решающее значение имеет сочетание подходов, основанных на данных и знаниях. Дизайн искусственных клеток должен интегрировать традиционные экспериментальные данные, биологические правила и экспертные знания для достижения всестороннего развития от локальной модификации генных элементов до создания новых, от локальной оптимизации генной сети до общей адаптации, от локальной замены генома до дизайна и синтеза de novo. и от пассивного наблюдения за функцией клеток до точного контроля. Преимущество двойного привода заключается в сочетании управления данными и знаниями. Хотя подходы, основанные на данных, могут использовать крупномасштабные данные для распознавания и открытия закономерностей, они могут игнорировать биологические правила и ограничения.
С другой стороны, подход, основанный на знаниях, основан на биологических правилах и экспертных знаниях, которые могут направлять разработку и обеспечивать биологически осуществимую реализацию. Объединив лучшее из обоих миров, исследователи могут в полной мере воспользоваться богатством данных и знаниями для достижения эффективного и точного скрининга и проектирования, а также стимулировать будущее развитие дизайна искусственных клеток.
Гибкая технология клеточных фабрик, основанная на искусственном синтезе генома, генерирует огромные массивы данных (геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика, информация о взаимодействии белков и т. д.) в процессе реальных экспериментов. В то же время, чтобы реализовать индивидуальную настройку и построение клеточных фабрик, необходимо всесторонне разработать теорию систематического и межмасштабного интеллектуального проектирования синтетических биологических систем на уровне генных элементов, генных сетей, и клеточные состояния.
Сочетание гибкости и интеллекта клеточных фабрик является одной из будущих тенденций, и сосредоточение внимания на интеллектуальном проектировании новых генных элементов по требованию, интеллектуальной адаптации и оптимизации искусственных генных сетей, а также интеллектуальном и точном контроле состояния и функции клеток. , чтобы реализовать интеллектуальный и управляемый дизайн искусственных клеток, а также обеспечить важную теоретическую основу и методическую поддержку для создания мощных, точных и надежных синтетических биологических систем.
Автоматизация клеточного производства
Традиционная трансформация и скрининг клеточных фабрик сталкиваются с такими узкими местами, как сложная метаболическая сеть, отсутствие рационального дизайна, высокая стоимость метода проб и ошибок, а также длительный цикл биологической трансформации шасси.
Этот вид автоматизации может повысить стабильность экспериментальных операций и решить проблемы громоздких, трудоемких, подверженных ошибкам и сложных в масштабировании проблем по сравнению с традиционными технологиями, тем самым значительно повышая эффективность НИОКР.
В то же время процесс гибкости клеточной фабрики производит штаммы со многими промежуточными продуктами, что требует много времени и усилий для выполнения сложных генетических манипуляций. Можно предвидеть, что автоматизация и высокопроизводительный количественный анализ будут иметь большое прикладное значение для модификации и скрининга клеток.
Однако автоматизация производства клеток — это сквозная область, включающая множество дисциплин, таких как машиностроение, автоматизация, вычислительная техника и науки о жизни, которая требует совместных усилий всех сторон для развития в направлении более высокой степени автоматизации.
О БайЛун Биотехнологическая Компания, ООО:
БайЛун Biotechnology Co., Ltd. является ведущим поставщиком и ведущим поставщиком технических услуг, специализирующимся на поставке комплексных биореакторных систем и передовых решений по управлению. Наша обширная линейка продукции включает в себя широкий спектр предложений: от биореакторов (ферментаторов) до биореакторов на животных клетках, биологических шейкеров и систем управления, специально разработанных для биотехнологических процессов. Имея емкость от 0,1 л до 1000 л, мы стремимся способствовать росту китайской биореакторной промышленности в глобальном масштабе.
В БайЛун, мы можем похвастаться опытной командой инженеров, обладающих глубокими знаниями в области процессов ферментации, биохимического оборудования и химических технологий. Более того, мы активно привлекаем всемирно известных экспертов и ученых в качестве технических консультантов, обеспечивая надежную технологическую основу нашей продукции. Центральное место в нашем духе занимает неустанное стремление к инновациям в продукции и технологическому лидерству, и все это направлено на обеспечение максимальной удовлетворенности клиентов. Мы считаем себя ответственными за приоритетность преимуществ для клиентов, воплощая это обязательство в качестве краеугольного камня основных ценностей компании Bailun.
Наш разнообразный портфель продуктов тщательно разработан для удовлетворения разнообразных потребностей наших клиентов. С самого начала мы придерживались принципов приоритета качества, клиентоориентированности и честности операций. Наша непоколебимая приверженность удовлетворению растущих потребностей наших клиентов двигает нас вперед. Принимая волну экономической глобализации, мы искренне приглашаем к сотрудничеству предприятия по всему миру, стремясь к взаимному процветанию и успеху.
Дух БайЛун воплощает в себе приверженность клиентоориентированности, стремление к совершенству в области качества, приверженность справедливости и порядочности, а также непоколебимое стремление к постоянному совершенствованию и инновациям.
Связаться с нами:
Добавить: 6848# Liuxiang Rd., Цзядин, Шанхай, Китай
Контактное лицо: Мэдди
Email:sales@fermentertech.com
Телефон:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)
Веб-сайт: https://fermentorchina.com/
