Корейская исследовательская группа, возглавляемая Выдающимся профессором Сан Юп Ли из Химического и Биомолекулярного Технического Отдела в Корейском ведущем научно-техническом институте (KAIST), установила систему бионефтеперерабатывающего завода, чтобы создать ненатуральные полимеры из естественных источников, позволив различным пластмассам быть сделанной безвредным для окружающей среды и стабильным способом. Результаты исследования были изданы онлайн по своей природе Биотехнология 7 марта 2016.
Печатная версия будет выпущена в апреле 2016.Исследовательская группа приняла системы метаболический технический подход, чтобы развивать микроорганизм, который может произвести разнообразные ненатуральные, биомедицински важные полимеры и преуспел в том, чтобы синтезировать poly (lactate-co-glycolate) (PLGA), сополимер двух различных мономеров полимера, молочной и glycolic кислоты. PLGA биоразлагаем, биологически совместим, и нетоксичен, и широко использовался в биомедицинских и терапевтических применениях, таких как хирургические швы, протезные устройства, доставка лекарственных средств и разработка ткани.
Вдохновленный процессом биосинтеза для polyhydroxyalkanoates (PHAs), биологически полученные полиэстеры, произведенные по своей природе бактериальным брожением сахара или липидов, исследовательская группа проектировала метаболический путь для биосинтеза PLGA посредством микробного брожения непосредственно от углеводов в кишечной палочке (E. coli) напряжения.Команда ранее сообщила о рекомбинантном гене E. coli производящий PLGA при помощи пути шунта glyoxylate для поколения glycolate от глюкозы, которая была раскрыта в их патентах KR10-1575585-0000 (регистрация даты от 11 марта 2011), US08883463 и JP5820363. Однако они обнаружили, что содержание полимера и glycolate часть PLGA не могли быть значительно увеличены через дальнейшую технику. Таким образом, в этом исследовании, команда ввела несоответствующий путь, чтобы произвести glycolate из xylose и преуспела в том, чтобы развивать рекомбинантный ген E. coli производящий PLGA и различные новые сополимеры намного более эффективно.
Чтобы произвести PLGA микробным брожением непосредственно от углеводов, команда включила внешние и спроектированные ферменты как катализаторы к co-polymerize PLGA, устанавливая несколько дополнительных метаболических путей для биосинтеза, чтобы произвести диапазон различных ненатуральных полимеров, некоторые впервые. Этот биооснованный синтетический процесс для PLGA и других полимеров мог заменить существующее сложное химическое производство, которое включает подготовку и очистку предшественников, химические процессы полимеризации и устранение металлических катализаторов.
Профессор Ли и его команда выполнили в silico масштабе генома метаболические моделирования E. coli клетка, чтобы предсказать и проанализировать изменения в метаболических потоках клеток, которые вызваны введением внешних метаболических путей. На основе этих результатов генами управляют, чтобы оптимизировать метаболические потоки, устраняя гены, ответственные за формирование побочных продуктов и увеличивая уровни экспрессии определенных генов, таким образом достигая эффективного производства целевых полимеров, а также стимулирующего роста клеток.
Команда использовала структурное основание широкой специфики основания ключевого фермента синтезирования, синтазы PHA, чтобы включить различные сомономеры с главным и цепями стороны различных длин. Эти мономеры были произведены в клетке метаболической разработкой, и затем copolymerized, чтобы улучшить свойства материала PLGA. В результате множество сополимеров PLGA с различными составами мономера, такими как американское Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) – одобренные мономеры, 3-hydroxyburate, 4-hydroxyburate, и 6-hydroxyhexanoate, было произведено. Недавно прикладные биопластмассы такой как 5-hydroxyvalerate и 2-hydroxyisovalerate были также сделаны.
Команда использовала системы метаболическое техническое применение, которое, по словам исследователей, является первым успешным примером биологического производства PGLA и нескольких новых сополимеров от возобновляемой биомассы прямым брожением с одним шагом метаболически спроектированного E.coli.Профессор Ли сказал, «Мы представили важные результаты, что ненатуральные полимеры, такие как PLGA, который обычно используется для доставки лекарственных средств или биомедицинских устройств, были произведены метаболически спроектированной бактерией пищеварительного тракта. Наше исследование значащее в этом, оно предлагает стратегию платформы в метаболической разработке, которая может быть далее использована в развитии многочисленных ненатуральных, полезных полимеров».Директор Илсуб Бэек в Отделе технологий Платформы Министерства Науки, ICT и будущего Планирования Кореи, кто наблюдает за Программой Разработки технологий, чтобы Решить изменение климата, заявил,«Профессор Ли привел одну из наших научно-исследовательских работ, Системы Метаболическая Разработка для Бионефтеперерабатывающих заводов, которые начали как часть Программы Разработки технологий Министерства Решать изменение климата.
Он и его команда непрерывно достигали многообещающих результатов и вызывали больший интерес от глобального научного сообщества. Поскольку технология изменения климата становится более важной, это исследование в области биологического производства ненатуральных, высоких полимеров стоимости оказывает огромное влияние на науку и промышленность».