Bilgi

Kimyasal üretimin büyümeyle birleştirilmesi neden arzu edilir?

Kimyasal üretimin büyümeyle birleştirilmesi neden arzu edilir?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sistem biyolojisinde şu sorum var: a) Burada sistem için büyüme (Vbio) ve Vefni ilişkisini gösteren bir grafik çizin. (Yatay eksen Vbio'yu, dikey eksen Vefni'yi temsil etsin)

İlk düşüncem, bunun (0,5,0,5) ile (1,0) arasında düz bir çizgi olacağıydı. Ama şimdi V4'ü de hesaba katmam gerektiğini düşünüyorum.

b) Çıkarılırlarsa M4 üretiminin büyümeye (büyüme-birleşme) bağlanacağı bir veya daha fazla reaksiyonu belirleyin. Mutant için Vbio ve Vefni ilişkisini gösteren bir grafik çizin.

Burada V1 ve V4 olacağını düşündüm. Yine de emin değilim çünkü büyüme-birleşmenin tam olarak ne olduğuna dair iyi bir açıklama bulamadım.

c) Kimyasal üretimin büyümeyle birleştirilmesi neden arzu edilir? yani, bu sistemlerin böyle bir bağlantının olmadığı sistemlere göre ne gibi avantajları vardır?

Burada hiçbir fikrim yok.


Kimyasal üretimin büyümeyle birleştirilmesi neden arzu edilir?

Kimyasal üretim için yeni metabolik yollar tasarlarken, amacın ölçeği büyütmek olduğu akılda tutulmalıdır (yani endüstriyel boyuta ulaşmak için).

Endüstriyel bakış açısından, bir süreç ne kadar hızlı/basit olursa o kadar iyidir. Büyümeye bağlı kimyasal üretim, istenen ürünü üretmek için (aşağıdaki işlemlerden önce) yalnızca bir adımın gerekli olduğu anlamına gelir. Aksi takdirde, önce biyokütlenin üretilmesi (büyüme aşaması) ve ardından kimyasal üretim aşamasına geçilmesi gerekecektir. Bir adım, ikiden daha ucuz ve daha hızlıdır, gerekli olabilecek ara adımlardan (hücre yıkama, santrifüjleme, filtrasyon…) bahsetmeden.

Büyümeye bağlı kimyasal üretimin ana dezavantajı, nihai verimin ($mol_{son~ürün}/mol_{substrat}$) biyokütle üretimi tarafından engellenmesidir. Alt tabaka pahalıysa bu gerçek bir sorun olabilir.


32.3: Eşeysiz Üreme

  • OpenStax'ın katkılarıyla
  • OpenStax CNX'te Genel Biyoloji
  • Doğal ve yapay eşeysiz üreme mekanizmalarını ve yöntemlerini karşılaştırın
  • Doğal ve yapay eşeysiz üremenin avantaj ve dezavantajlarını açıklayın
  • Bitki yaşam sürelerini tartışın

Birçok bitki eşeysiz üreme yoluyla çoğalabilir. Bu yöntem, bir çiçek üretmek, tozlayıcıları çekmek veya bir tohum yayma aracı bulmak için gereken yatırımı gerektirmez. Eşeysiz üreme, erkek ve dişi gametlerin karışması olmadığı için genetik olarak ana bitkiyle aynı bitkiler üretir. Geleneksel olarak, bu bitkiler, ebeveynlerininkiyle aynı genleri taşıdıkları için, eşeyli üremeden üretilen bitkilerle karşılaştırıldığında, kararlı çevre koşulları altında daha iyi hayatta kalırlar.

Birçok farklı kök türü eşeysiz üreme sergiler. Figure (PageIndex<1>). Korm, glayöl ve sarımsak tarafından kullanılır. Zambaklardaki pullu soğan ve nergislerdeki tunik soğan gibi soğanlar diğer yaygın örneklerdir. Patates bir kök yumrudur, yaban havucu bir kökten yayılır. Zencefil ve iris rizomlar üretirken, sarmaşık maceralı bir kök (ana veya birincil kök dışındaki bir bitki bölümünden kaynaklanan bir kök) kullanır ve çilek bitkisinde, koşucu olarak da adlandırılan bir stolon bulunur.

Şekil (PageIndex<1>): Farklı gövde türleri eşeysiz üremeye izin verir. (a) Sarımsak bitkisinin soğanı (b) lale soğanına benzer, ancak soğan katı bir dokudur, soğan ise bir yeraltı sapını çevreleyen modifiye edilmiş yaprak katmanlarından oluşur. Hem soğanlar hem de ampuller kendi kendine çoğalarak yeni bitkilere yol açabilir. (c) Zencefil, birden fazla bitkiye yol açabilen rizom adı verilen gövde kütleleri oluşturur. (d) Patates bitkileri etli kök yumrular oluşturur. Kök yumrudaki her göz yeni bir bitkiye yol açabilir. (e) Çilek bitkileri dışkı oluşturur: toprak yüzeyinde veya yerin hemen altında büyüyen ve yeni bitkilere yol açabilen gövdeler. (kredi a: çalışmanın Dwight Sipler tarafından değiştirilmesi kredi c: çalışmanın Albert Cahalan tarafından değiştirilmesi, USDA ARS kredisi d: çalışmanın Richard North tarafından değiştirilmesi kredi e: çalışmanın Julie Magro tarafından değiştirilmesi)

Bazı bitkiler döllenmeden tohum üretebilir. Doğada diploid olan yumurtalık veya yumurtalığın bir kısmı yeni bir tohum meydana getirir. Bu üreme yöntemi apomiksis olarak bilinir.

Eşeysiz üremenin bir avantajı, ortaya çıkan bitkinin daha hızlı olgunluğa ulaşmasıdır. Yeni bitki yetişkin bir bitkiden veya bitki parçalarından doğduğu için bir fideden daha sağlam olacaktır. Eşeysiz üreme, doğal veya yapay (insan destekli) yollarla gerçekleşebilir.


2 Ekosistem Gelişiminin Biyoenerjisi

Tablo 1'deki 1'den 5'e kadar olan nitelikler ekosistemin biyoenerjetiğini temsil eder. Ekolojik ardıllığın erken aşamalarında veya genç doğadeyim yerindeyse, birincil üretim veya toplam (brüt) fotosentez (P) oranı aşıyor topluluk solunumunun (R) oranı, böylece P/R oranı 1'den büyük olur. Organik kirliliğin özel durumunda, P/R oranı tipik olarak 1'den azdır. Ancak her iki durumda da teori şudur: P/R, art arda meydana geldikçe 1'e yaklaşır. Başka bir deyişle, sabitlenmiş enerji, olgun veya yetişkin bireylerde bakım enerji maliyeti (yani, toplam topluluk solunumu) ile dengelenme eğilimindedir. doruk ekosistem. Bu nedenle, P/R oranı, sistemin göreceli olgunluğunun mükemmel bir işlevsel indeksi olmalıdır.

P, R'yi aştığı sürece, sistemde organik madde ve Biyokütle (B) birikecektir (Tablo 1, madde 6), bunun sonucunda P/B oranı azalma eğiliminde olacaktır veya tersine, B/P, B/ R veya B/E oranları (E=P/R olduğunda) artacaktır (Tablo 1, madde 2 ve 3). O halde teorik olarak, mevcut enerji akışı (E) tarafından desteklenen duran mahsul biyokütlesinin miktarı, olgunlaşma veya doruk evrelerinde maksimuma çıkar (Tablo 1, madde 3). Sonuç olarak, yıllık bir döngüdeki net topluluk üretimi veya verimi, genç doğada büyük ve olgun doğada küçük veya sıfırdır (Tablo 1, madde 4).


Yaşam Döngüsü ve Uyarlanabilirlik

Johnsongrass agresif çok yıllık bir bitkidir. Ya rizomlardan yeni sürgünler ya da yeni fideler ilkbaharın başlarından ortasına kadar filizlenecektir. Tohumlar, toprak sıcaklığı 70 F'ye ulaştığında çimlenmeye başlar, ancak toprak sıcaklığı 60 F olduğunda rizomlardan yeni sürgünler filizlenir. Rizomlardaki filizler, kış boyunca biriken rizom karbonhidratlarından yararlanarak fidelerden daha hızlı gelişir. Bitkiler, beş ila yedi gerçek yaprak geliştikten sonra yeni rizomlar üretmeye başlar. Bu, ortaya çıktıktan yaklaşık üç ila altı hafta sonra gerçekleşir. Çiçeklenme, ortaya çıktıktan altı ila dokuz hafta sonra başlayacak ve canlı tohumlar, çiçeklenmeden iki ila üç hafta sonra üretilecektir. Sonbahar sırasında, toprak sıcaklıkları 60 F'ye döndüğünde Johnsongrass büyümesi durur ve bitki uykuya geçer. Oklahoma'da Johnsongrass Mart ayı sonunda büyümeye başlayacak ve yeni rizomlar Nisan ayı sonunda gelişmeye başlayacak. Çiçeklenme Haziran başında başlayacak ve canlı tohumlar Haziran sonunda ortaya çıkacak. Ek olarak, yeni rizomlar, çiçekler ve tohumlar, bitkilerin uykuya geçtiği Kasım ayının başlarına kadar üretilmeye devam edecek.

Johnsongrass, 5 ila 7,5 pH aralığında çok çeşitli toprak türlerine uyarlanmıştır. Bu nedenle Johnsongrass esas olarak ekilebilir arazilerde, meyve bahçelerinde, açık çöplüklerde, yol kenarlarında, meralarda, sulanan kanallarda ve hendeklerde bulunur. Verimli ova topraklarında en iyi yetişir. Yetersiz drene edilmiş killi topraklara adapte değildir, ancak kısa süreli su baskınlarını tolere edebilir. Köksap üretimi de toprak türünden etkilenir. Daha hafif dokulu topraklarda daha fazla köksap üretimi ve derinliği meydana gelecektir. Örneğin killi topraklar, kumlu tınlı topraklarda üretilebilen rizomların sadece yarısına izin verecektir. Ek olarak, killi ve kumlu tınlı topraklardaki çoğu rizom, sırasıyla 3 ve 5 inç derinliğe ulaşacaktır.


Biyoyenilenebilir Yakıtlar ve Kimyasalların Üretimi için Metabolik Mühendisliği: Sentetik Biyolojinin Katkıları

Bitkisel materyalin mikrobiyal fermantasyonu yoluyla yakıt ve kimyasalların üretimi, petrokimya bazlı üretime arzu edilen bir alternatiftir. Biyo-yenilenebilir yakıtların ve kimyasalların fermentatif üretimi, mevcut petrokimya bazlı süreçlerle rekabet edebilecek bir maliyetle şekerleri hızlı ve verimli bir şekilde hedef ürünlere dönüştürebilen biyokatalizörlerin mühendisliğini gerektirir. Biyokatalizörlerin aşırı fermantasyon koşullarına, biyokütle kaynaklı inhibitörlere ve bunların hedef ürünlerine karşı dayanıklı olması da önemlidir. Geleneksel metabolik mühendislik bu alanda büyük ilerlemeler kaydetti, ancak sentetik biyoloji, özellikle yeni nesil biyoyakıtlarla bu alana katkıda bulundu ve katkıda bulunmaya devam edecek. Bu çalışma, etanol, bütanol, asetat, laktat, süksinat, alanin ve ksilitol gibi biyolojik olarak yenilenebilir yakıtlar ve kimyasalların üretimi için biyokatalizör mühendisliğinde metabolik mühendislik ve sentetik biyolojinin kullanımını gözden geçirmektedir. Ayrıca bu alandaki mevcut zorlukları inceliyoruz ve kimyasal inhibitörlere karşı biyokatalizör toleransını geliştirmeye yönelik stratejileri tartışıyoruz.

1. Giriş

İnsan toplumu beslenme ve hayatta kalabilmek için her zaman biyokütle kaynaklı karbon ve enerjiye bağımlı olmuştur. Yakın tarihte, emtia kimyasalları ve yakıtlar için petrol türevi karbon ve enerjiye de bağımlı hale geldik. Bununla birlikte, petrolün yenilenemez doğası, biyokütlenin esasen atmosferik karbon ve güneş ışığından türetilen enerji için geçici bir depolama birimi olduğu biyokütlede bulunan yenilenebilir karbon ve enerji ile taban tabana zıttır. Bu nedenle, petrol yerine biyokütleden emtia kimyasalları ve yakıtların üretimi için stratejiler geliştirmeye ve uygulamaya yönelik artan bir talep var. Spesifik olarak, bu çalışmada biyokütle kaynaklı şekerlerin ticari yakıtlara ve kimyasallara mikrobiyal fermantasyonu ile ilgileniyoruz.

Bir fermantasyon prosesinin mevcut petrol bazlı proseslerle rekabet edebilmesi için hedef kimyasalın yüksek verim, titre ve üretkenlikte üretilmesi gerekir. Bazen, biyokütle hidrolizatında güçlü inhibitörlerin mevcudiyeti veya aşırı bir pH veya sıcaklıkta çalışma ihtiyacı gibi fermantasyon işleminde ek kısıtlamalar vardır [1]. Bu hedeflere doğal olarak oluşan mikroplarla ulaşmak zor olabilir. Bu nedenle, bu istenen özelliklere sahip mikroorganizmalar, genellikle ya var olan mikropların modifikasyonu ya da yeni yeni mikropların tasarımı. yönünde önemli ilerlemeler kaydedilmesine rağmen yeni tasarım [2, 3], bu çalışma mevcut mikropların modifikasyonuna odaklanmaktadır.

İnsanlık uzun zamandır fermente yiyecek ve içeceklerin üretimi için mikrobiyal biyokatalizörlere ve gıda ve tekstiller için ökaryotik biyokatalizörlere güvenmiştir. Altta yatan biyolojik mekanizmaları anlamadan arzu edilen özellikleri seçerek bu biyokatalizörleri yavaşça değiştirdik. Ancak biyolojik kodun açıklığa kavuşturulması ve rekombinant DNA teknolojisinin geliştirilmesi üzerine, artık gözlemlenebilir özellikleri seçmekten daha fazlasını yapacak araçlara sahibiz - artık metabolik yolları, proteinleri ve hatta tüm organizmaları rasyonel olarak değiştirip tasarlayabiliyoruz.

Bu rasyonel modifikasyonun çoğu Metabolik Mühendisliği biçiminde olmuştur. Metabolik Mühendisliği 1991 yılında tanımlanmıştır [4, 5] ve biz burada “Spesifik biyokimyasal reaksiyonların modifikasyonu veya rekombinant DNA teknolojisinin kullanılmasıyla yenilerinin eklenmesi yoluyla üretim, oluşum veya hücresel özelliklerin yönlendirilmiş iyileştirilmesi ” [6]. Metabolik Mühendisliği, bir kısmı bu çalışmada tartışılan biyokütleden emtia kimyasalları ve yakıtların üretiminde olağanüstü ilerlemeler sağlarken, artık doğada olmayan biyolojik fonksiyonların istendiği noktaya geldik. Sentetik biyoloji, bu doğal olmayan biyolojik işlevleri geliştirmeyi ve sağlamayı amaçlar.

Uzun yıllar boyunca Sentetik Biyoloji terimi, bugün Metabolik Mühendisliği olarak sınıflandırılacak kavramları tanımlamak için kullanıldı [7]. Ancak son 10 yılda “doğal olmayan organik moleküller” [7], “doğal olmayan kimyasal sistemler” [8], “yeni davranışlar” [9], “yapay, biyolojiden ilham alan sistemler” [10] ve “fonksiyonlar” gibi terimler kullanılmaya başlanmıştır. doğada bulunmayan” [11] Sentetik Biyolojiyi tanımlamak için kullanılmıştır. Bu derlemenin amacı doğrultusunda, “Sentetik Biyoloji” tanımını uygulayacağız.enzimler, genetik devreler ve hücreler gibi yeni biyolojik bileşenlerin tasarımı ve inşası veya mevcut biyolojik sistemlerin yeniden tasarımı” [12].

Sentetik biyoloji, hücresiz sentez [13], doku ve bitki mühendisliği [14] ve ilaç keşfi [15] dahil olmak üzere birçok alanda uygulamaya sahiptir, ancak burada biz, emtia kimyasallarının ve yakıtların biyolojik olarak yenilenebilir üretimi için mikropların modifikasyonu ile ilgileniyoruz. . Diğer yeni incelemeler de bu konuyu ele almıştır [16-18].

Bir hedef bileşiğin üretimi için sentetik biyoloji, her biri daha ayrıntılı olarak tartışılacak ve aşağıda gösterilecek olan aşağıdaki olayların bir dizisi olarak ifade edilebilir.

İstenen sistemin metabolik yollarını ve fenotipik özelliklerini tasarlayın. İstenen yüzeyler ve ürünler nelerdir? Beklenen çevresel stres faktörleri nelerdir?

Aşağıdaki kriterlere göre uygun bir konakçı organizma (şasi) seçin. Hangi organizmalar istenen özelliklerin en azından bir kısmını gösterir? Bu organizmalar ne kadar iyi karakterize edilmiş ve açıklamalı? Bu şasinin modifikasyonu için moleküler biyoloji araçları var mı?

Bir uygulama yaklaşımı formüle edin. Adımda tanımlanan yolları ve özellikleri elde etmek için hangi modifikasyonlar gereklidir? Metabolik yolların eklenmesi, çıkarılması veya ayarlanması gerekiyor mu? İstenen yol veya fenotip doğada var mı veya tasarlanması gerekiyor mu? yeni?

Yeniden tasarlanan sistemi optimize edin ve ideale göre sistem özelliklerini değerlendirin. Şasi daha da geliştirilebilir mi?

Laboratuvar beygir gibi basit bir biyokatalizör bile Escherichia koli, tahmini 4603 gen, 2077 reaksiyon ve 1039 benzersiz metabolitten [19, 20] oluşan karmaşık bir sistemdir ve yukarıda özetlenen adımlar nispeten basit olsa da, istenen davranışları gerçekleştirmek için bir biyokatalizörü hızlı ve güvenilir bir şekilde tasarlamak hala zordur [ 21]. Sistem biyolojisi, biyolojik sistemlerin standardizasyonu ve metabolik evrim, beklenen ve gerçek biyokatalizör davranışları arasındaki bu kopukluğun telafisi için hayati öneme sahiptir. Bu güçlü tekniklerin bir kombinasyonu yoluyla, biyokatalistler, hem doğal hem de doğal olmayan şaşırtıcı bir dizi ticari yakıt ve kimyasalın üretimi için yeniden tasarlandı (Şekil 1 ve Tablo 1). Burada, D- ve L-laktat, L-alanin, süksinat, etanol ve bütanole odaklanarak emtia yakıtları ve kimyasalların üretimini içeren başarılı örnekleri tartışıyoruz.


2. Biyokatalizörün Yeniden Tasarımı için Yöntemler ve Araçlar

2.1. şasi

Sağlam ve dengeli bir şasi, endüstriyel düzeyde yakıt ve kimyasalların verimli ve ekonomik bir şekilde üretilmesini sağlar. Biyokütleyi kullanabilen biyokatalizörlerle özellikle ilgilendiğimiz için, arzu edilen bir şasi aşağıdaki özelliklere sahiptir: (1) ucuz karbon kaynaklarıyla mineral tuz ortamında büyüme, (2) heksoz ve pentoz şekerlerinin kullanımı, böylece içindeki tüm şeker bileşenleri lignoselülozik biyokütle istenen ürüne dönüştürülebilir, (3) yüksek verimlilik oranı için gerekli olan yüksek metabolik hız, (4) büyük ölçekli üretimde manipülasyon maliyetini azaltmak ve başarısızlık risklerini en aza indirmek için basit fermantasyon süreci, (5) sağlam organizma (mümkün olduğunda yüksek sıcaklık ve düşük pH) selüloz bozunması sırasında dış selülaz gereksinimini azaltmak ve ayrıca gerekli baz ilave miktarını azaltmak, (6) genetik manipülasyon kolaylığı ve genetik stabilite, (7) üretilen inhibitörlere karşı direnç biyokütle ön-muamele işlemi sırasında ve (8) hedef bileşiğin yüksek titrelerini elde etmek için yüksek substrat ve ürün konsantrasyonlarına tolerans.

Enterik bakteriler, özellikle E. koli, yukarıda belirtilen fizyolojik özelliklerin çoğuna sahiptir ve bu nedenle sentetik biyoloji için mükemmel bir şasidir. Burada tartışılan örneklerin çoğu E. koli, ancak dahil olmak üzere diğer önemli mikrobiyal model sistemleri yeniden tasarlandı Clostridium acetobutylicum [28], Corynebacterium glutamicum [29], Saccharomyces cerevisiae [30] ve Aspergillus nijer [31]. E. koli genetik mühendisliğinin başlangıcından beri model organizma olarak kullanılmıştır [32]. K-12 suşu MG1655 (ATCC# 47076) en yaygın olarak kullanılanlardan biridir. E. koli suşları [33], B (ATCC# 11303), C (ATCC# 8739) ve W (ATCC# 9637) gibi insan bağırsağını kolonize edemedikleri için genellikle güvenli kabul edilen başka soylar da vardır. [34]. K-12 en karakteristik ve yaygın olarak kullanılan suş olmasına rağmen, E. koli W (ATCC# 9637) ve C (ATCC# 8739), yakıtları ve kimyasalları sentezlemek için daha iyi şasiler olduğunu kanıtlamıştır. Örneğin, K-12 türevli suşlar, kompleks veya mineral tuzlar ortamında [1, 35] %10 (a/h) glikozu tamamen fermente edemezken, W veya C suşlarının türevleri %10'dan daha fazlasını tamamen fermente edebilir ( w/v) K-12'den daha yüksek hücre büyümesi ve şeker kullanım oranlarına sahip glikoz. Bunlara ek olarak, E. koli W suşları, sakarozu fermente etme konusunda doğal bir yeteneğe sahiptir [1, 36].

Yabancı genler, hareketli DNA elemanlarının ve dolayısıyla hücre içindeki hareketli DNA elemanlarının kolaylaştırdığı rekombinasyon nedeniyle konakçı hücrelerde kararsız olabilir. E. koli K-12 suşu silinmiştir [37]. Bu minimal genom oluşturma stratejisi, yakıt ve kimyasalların üretimi için bu şasiyi geliştirmek için mükemmel bir yaklaşımdır.

2.2. Sistem Biyolojisi Araçları
2.2.1. Genom Ölçekli Modeller ve Silico Simülasyonu

Metabolik mühendislik ve sentetik biyolojinin rasyonel temeli göz önüne alındığında, modeller ve simülasyonlar kritik tahmin ve araçlardır. Genom dizileme ve otomatik açıklama araçları, yaklaşık 20 mikroorganizmanın genom ölçeğinde metabolik modellerinin oluşturulmasını sağlamıştır [38]. Bu kısıtlamaya dayalı modeller ve silico'da simülasyonlar, genetik manipülasyondan sonra metabolik akışın yeniden dağılımını tahmin etmek için veya substrat tercihi, adaptif evrimin sonuçları ve ekspresyon profillerindeki kaymalar gibi diğer hücresel fonksiyonları tahmin etmek için kullanılabilir [39]. İstenen fenotipleri elde etmek için yol tasarımına da yardımcı olabilirler [40-42]. Örneğin, E. koli benJE660a GSM modeli, likopen üretimini iyileştirmek için tek ve çoklu gen nakavtlarını başarılı bir şekilde simüle etmek için kullanıldı [42]. Optknock adlı hesaplama çerçevesi, sistem optimizasyonu için gen silme hedeflerini belirlemek üzere geliştirildi [41] ve süksinat, laktat ve 1,3-propandiol üretimi için gen silinmesi için simülasyon sonuçları deneysel verilerle uyumluydu. Diğer bir simülasyon programı olan OptStrain, hem heterolog metabolik reaksiyonların eklenmesi hem de doğal reaksiyonların silinmesi yoluyla hedef bileşik üretimi için metabolik yol modifikasyonunu yönlendirmek üzere geliştirildi [40]. Bununla birlikte, mevcut modellerin çoğu yalnızca stokiyometrik bilgiye sahipken, kinetik ve düzenleyici etkiler dahil edilmemiştir [38, 39]. Kinetik ve düzenleyici bilgilerin entegrasyonu, bu modellerin doğruluğunu ve tahmin gücünü artıracaktır.

2.2.2. Yüksek Verimli Omics Analizi

Transkriptom, proteom, metabolom ve fluxome [43–45] gibi yüksek verimli omik analizi, hücresel fonksiyonun çoklu seviyelerde karakterizasyonuna yardımcı olur ve bu nedenle sistem optimizasyonu için bir "hata ayıklama" yeteneği sağlar [12, 45].

Genetik manipülasyonlar, önemli öncüllerin [46, 47] tükenmesi, toksik ara maddelerin birikmesi [48] veya redoks dengesizliği [1] nedeniyle metabolik dengeyi bozabilir veya hücre büyümesini bozabilir. Örneğin, yüksek NADH seviyeleri E. koli etanol üretimi için yeniden yapılandırılmış, sitrat sentaz aktivitesini inhibe etmiş, böylece kritik metabolit 2-ketoglutarat üretimini azaltarak hücre büyümesini sınırlandırmıştır [49]. Metabolom ve fluxome analizi, problem çözme için temel sağlayarak sınırlayıcı metabolitleri veya değiştirilmiş metabolik akış dağılımını hızlı bir şekilde tanımlayabilir [45, 50]. Örneğin, metabolit ölçümleri Aspergillus terreus artan lovastatin üretimi için rasyonel metabolik yeniden tasarımda uygulandı [45, 50]. mRNA ve protein profillerindeki değişiklikler, transkriptom ve proteom analizi ile belirlenebilir, bu da ileri mühendislik için gen hedefleri sağlar [46, 47]. Choi ve ark. bu kavramı gösterin: transkriptome analizi E. koli insan insülini benzeri büyüme faktörü I füzyon proteininin üretilmesi, gen silinmesi için hedefler için seçime yardımcı oldu. Ortaya çıkan yeniden tasarlanmış tür, ürün titresinde ve hacimsel üretkenlikte 2 kattan fazla artış gösterdi [46, 47]. Ek olarak, karşılaştırmalı genom dizisi analizi, evrim sırasında mutasyona uğramış genlerin veya düzenleyicilerin tanımlanmasını kolaylaştırır ve bu mutasyonlar, daha iyi sentetik yetenek için sistemleri yeniden tasarlamak için kullanılabilir. Örneğin, “genom tabanlı tür rekonstrüksiyonu” olarak tanımlanan bir çabada, Korneybakteri glutamicum L-lizin üretimi için seçilen ana suş ile karşılaştırıldı ve L-lizin üretimi için faydalı olduğu öne sürülen mutasyonlar bulundu. Bu mutasyonlardan üçü ana suşa dahil edildi ve 3.0 g/L/saat'e kadar L-lizin üretimine olanak sağladı [51].

2.3. Genetik Manipülasyon Araçları
2.3.1. Gen Silme

Gen silme, rekabet eden metabolik yollar için kritik olan genleri silerek karbon akışını hedef ürüne doğru yeniden dağıtabilir ve bu nedenle metabolik yeniden tasarım stratejilerinde yaygın olarak kullanılır. Homolog rekombinasyon, gen silme için en sık kullanılan stratejidir (Şekil 2). Tarihsel olarak, bakteride etkili gen delesyonu için hedef gene homolog DNA fragmanları ve sıcaklığa duyarlı ya da koşullu replikonlarla çevrili seçilebilir bir işaretleyici içeren plazmitlere ihtiyaç vardı [52] (Şekil 2(a)). Buna karşılık, genler, kromozomal DNA'ya homolog olan kısa yan DNA fragmanları ile lineer PCR fragmanları tarafından mayada doğrudan parçalanabilir. Doğrusal DNA'nın dönüştürülmesi o kadar kolay değil E. koli hücre içi eksonükleaz sistemi ve düşük rekombinasyon verimliliği nedeniyle. Bakteriyofaj tabanlı gen silme sistemleri

Kırmızı rekombinaz, doğrusal bir PCR fragmanı kullanarak kromozomal gen silinmesini kolaylaştırır [53]. Bu yöntemde, kromozomal gen, iki FRT (FLP tanıma hedefi) fragmanı ile çevrili seçilebilir işaretleyici ile değiştirilir (Şekil 2(b)) ve daha sonra işaretleyici, FLP rekombinaz tarafından çıkarılabilir [54]. Bununla birlikte, bu yöntem, her eksizyondan sonra kromozom üzerinde 68bp-FRT skarı bırakır [52], bu da daha fazla gen silme etkinliğini azaltır. Spesifik gen delesyonları için bu FRT/FLP sisteminin tekrar tekrar kullanılması, istenmeyen büyük kromozomal delesyonlar üretme potansiyeline sahiptir.


(a)
(B)
(C)
(a)
(B)
(C) Üç gen silme yöntemlerinin karşılaştırılması E. koli. Bu yöntemler diğer enterik bakterilerde de kullanılabilir. Birinci ve üçüncü yöntemler, kromozoma gen entegrasyonu ve gen ekspresyonunun ayarlanması için promotör değişimi için de kullanılabilir. 2(a) plazmit bazlı yöntem. Adım

hedef gene (h1 ve h2) homolog DNA fragmanları, seçilebilir bir işaretleyici ve sıcaklığa duyarlı veya koşullu bir replikon içeren delesyon plazmitinin yapımıdır. Adım

çift ​​çaprazlı rekombinasyondur, plazmit konakçı suşta çoğalamaz ve antibiyotiğe dirençli koloniler seçilir. Adımda

, FRT, replikon ve antibiyotik direnç belirteci FLP ile çıkarılır. 2(b) Doğrusal DNA tabanlı yöntem. Adım

PCR (primerler olarak H1-P1 ve H2-P2) ile doğrusal DNA parçasının oluşturulmasıdır. H1 ve H2, hedef gene homolog olan kısa DNA parçalarını belirtir. Adım

Kırmızı rekombinaz yardımıyla çapraz rekombinasyon yoluyla hedef genin antibiyotik direnç geni ile değiştirilmesidir. Adım

FRT ve antibiyotik markörünün FLP ile çıkarılmasıdır. 2(c) Laboratuvarımızda geliştirilen iki aşamalı rekombinasyon tabanlı yöntem. adımlar

, 2, 3 ve 5, iki aşamalı rekombinasyonlar için plazmitlerin ve lineer DNA fragmanlarının yapımını açıklar. Adım

olduğu ilk rekombinasyon adımını açıklar. kedi, sacB kaset hedef gene yerleştirilir. Adım

Sıralı gen silme işlemlerini kolaylaştırmak için laboratuvarımız, duyarlılığını kullanarak iki aşamalı bir rekombinasyon stratejisi (Şekil 2(c)) geliştirmiştir. E. koli ne zaman sakaroz basil subtilis levansükraz (sacB) ifade edilir [24, 27, 55]. Bu yöntemle oluşturulan gen silme işlemleri, silme bölgesinde yabancı DNA, antibiyotik direnç belirteçleri veya skar dizileri bırakmaz. İlk rekombinasyonda, hedef genin bir kısmı, kloramfenikol direnç geni içeren bir DNA kaseti ile değiştirilir (kedi) ve levansükraz geni (sacB). İkinci rekombinasyonda, kedi, sacB kaset sakaroz direnci için seçim ile çıkarılır. içeren hücreler sacB gen, sakaroz ile inkübasyon sırasında levan biriktirir ve öldürülür [55]. Hayatta kalan rekombinantlar, kayıp için oldukça zenginleştirilmiştir. kedi, sacB kaset [24, 27].

2.3.2. Gen İfadesi Ayarlaması

Gen silinmeleri gibi, plazmit bazlı ekspresyon sistemleri de metabolik yeniden tasarım için her yerde bulunur. Bununla birlikte, plazmit bazlı sistemlerin birkaç dezavantajı vardır. (1) Plazmit bakımı, özellikle yüksek kopya sayılı plazmitler için konakçı hücre üzerinde metabolik bir yüktür [56]. Çoğu merkezi metabolik enzimin tek bir gen tarafından kodlandığı düşünüldüğünde yüksek kopya sayılarının gerekli olmadığına dikkat edin (2) plazmit bazlı ekspresyon, istenen stabiliteye sahip sadece birkaç doğal birim kopya plazmit ile plazmit stabilitesine bağlıdır [12] ( 3) yalnızca düşük kopya sayılı plazmitler, hücre döngüsü ile zamanlanmış replikasyona sahiptir ve bu nedenle tüm hücrelerde tutarlı bir kopya sayısını korumak zordur [12] (4) metabolik yeniden tasarım, karmaşık bir heterolog yolun oluşturulmasını gerektirebilir ve bu nedenle birkaç büyük DNA parçalarına kodlanmış genlerin dahil edilmesi gerekir. Çoğu ticari plazmit, büyük DNA parçalarını taşımakta güçlük çeker.

Hedef genlerin kromozomal entegrasyonu ve ardından ekspresyonlarında ince ayar yapılması, plazmitle ilişkili bu sorunları ortadan kaldırabilir. Gen silinmesi için yukarıda bahsedilen iki aşamalı rekombinasyon stratejisi, gen entegrasyonu veya promotör değişimi için de kullanılabilir (Şekil 2).

Prokaryotlarda gen ekspresyonu esas olarak transkripsiyonel düzeyde kontrol edilir ve bu nedenle promotör en ayarlanabilir elementtir. İndüklenebilir promotörler, örneğin lak ve ara, geleneksel olarak gen ekspresyonunu modüle etmek için kullanılmıştır, büyük ölçekli indükleyici kullanımı yakıtların ve dökme kimyasalların üretimi için maliyet engelleyicidir. Bununla birlikte, gen ekspresyonunun ince ayarı için kurucu promotör kitaplıkları oluşturmak için çeşitli stratejiler geliştirilmiştir. Bazı yöntemler, doğal destekleyicilerin kullanımına dayanır. Örneğin, zimomonas mobilis genomik DNA, optimal ekspresyonunu taramak için bir promotör kütüphanesi oluşturmak için kullanıldı. erwinia krizantem endoglukanaz genleri (hücre ve celZ) içinde Klebsiella oksitoka P2, selülozdan etanol üretimini geliştirmek için [57]. Diğer yöntemler, konsensüs dizileri [58] arasındaki aralayıcı dizilerin rastgeleleştirilmesi veya bir kurucu promotörün mutagenezi [59] gibi mevcut promotörlerin rastgele modifikasyonuna dayanır. Bu promotör modifikasyon yöntemi, fosfoenolpiruvat karboksilaz seviyelerinin hücre verimi üzerindeki etkisini ve deoksi-ksilüloz-P sentaz seviyelerinin likopen üretimi üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanıldı ve bu genlerin optimal ekspresyon seviyeleri, istenen maksimum fenotip için tanımlandı [59]. Bu sentetik promotör kütüphaneleri ayrıca kromozoma doğrudan entegre edilebilir, bu da kromozomal genlerin ekspresyon modülasyonunu kolaylaştırabilir [60, 61].

Yukarıda açıklanan ince ayar yöntemleri, en iyi doğal promotörün seçilmesine veya mevcut promotörlerin rastgele değiştirilmesine dayanır. Sentetik biyolojinin hedeflerinden biri standart parçaların oluşturulmasıdır ve transkripsiyonel sonlandırma, mRNA bozunması ve translasyonun başlatılması gibi transkripsiyon sonrası süreçler bu amaç göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. Örnekler, mRNA stabilitesini başarılı bir şekilde manipüle etmek için 5' ikincil yapılardan oluşan sentetik bir kütüphanenin oluşturulmasını [62] ve ribozom bağlanma bölgesinin (RBS) modülasyonunun yanı sıra gen ekspresyonunu ayarlamak için Shine-Dalgarno (SD) ve AU açısından zengin dizileri içerir. çeviri başlatma süreci [60, 63]. Riboregülatörler ayrıca RNA-RNA etkileşimleri yoluyla gen ekspresyonunu ayarlamak için geliştirilmiştir [64]. Gen ekspresyonunun ince ayarının son bir yöntemi, yabancı genlerin translasyonunu iyileştirebilen kodon optimizasyonudur [65]. Bu optimize edilmiş gen dizileri genellikle doğada mevcut değildir ve DNA sentez teknikleri kullanılarak oluşturulmalıdır.

Çoğu durumda, istenen biyokatalizör performansını elde etmek için şasiye birden fazla genin eklenmesi ve bu genlerin ifadesinin koordine edilmesi gerekir. Böyle bir yöntem, her bir genin ekspresyonunun kendi promotörü aracılığıyla modülasyonudur. Bununla birlikte, her bir genin uygun ekspresyon seviyesini tahmin etmek zordur. Diğer bir seçenek ise, birden fazla geni tek bir promotör ile sentetik bir operonda birleştirmek ve her bir genin posttranskripsiyonel işlemler [12] yoluyla ayarlanabilir kontrol elemanları (mRNA ikincil yapısı, RNaz bölünme bölgeleri, ribozom bağlanma bölgeleri gibi) ile ekspresyonunun ince ayarını yapmaktır. sekanslama dizileri) intergenik bölgelerde. Ayarlanabilir intergenik bölgelerin (TIGR'ler) kitaplıkları oluşturuldu ve bir operondaki birkaç genin ekspresyonunu ayarlamak için tarandı [48]. Bu yöntem, heterolog bir mevalonat biyosentetik yolunu kodlayan bir operondaki üç genin ekspresyonunu koordine etmek için kullanıldı ve mevalonat üretimini 7 kat artırdı [48]. Birden fazla genin ekspresyonunu kontrol etmek için başka bir yöntem, transkripsiyon faktörlerinin rastgele mutagenezi ile global transkripsiyon makinesini tasarlamaktır [66, 67]. Bu yöntemin toksik bileşiklere ve metabolitlerin üretimine toleransı verimli bir şekilde geliştirdiği ve fenotipleri değiştirdiği gösterilmiştir [66, 67].

2.3.3. Protein Mühendisliği

Doğal proteinler, spesifik ve verimli sistem performansı için gerekli kriterleri karşılamayabilir ve bu nedenle spesifik bir uygulama için değişiklik yapılması gerekebilir. Proteinlerin yönlendirilmiş evrimi, yapısal veya mekanik bilgi yokluğunda bile enzimleri hızla optimize etmenin bir yolunu sunar [68]. Yönlendirilmiş evrim için, bir protein kütüphanesi genellikle rastgele mutajenez [68], bir hedef genin [69] veya bir ilgili gen ailesinin [70] rekombinasyonu ile oluşturulur ve daha sonra kütüphane yüksek verimli tarama ile analiz edilir. Bu yöntem, enzim aktivitesini başarılı bir şekilde arttırmak [71, 72], protein çözünürlüğünü ve ekspresyonunu arttırmak, enantiyoseçiciliği tersine çevirmek ve olağandışı ortamlarda stabilite ve aktiviteyi arttırmak için kullanılmıştır [68]. Örneğin, gen kodlayan geranilgeranil difosfat sentazının bir mutasyon kütüphanesi Arkeoglobus fulgidus daha yüksek aktiviteye sahip mutantları taramak için üretildi, bu da likopen üretimini mümkün kıldı. E. koli. 2.000'den fazla varyantın taranması, biri likopen üretimini %100 artıran, artan aktiviteye sahip sekizi tanımladı [71].

Sentetik biyoloji alanıyla özellikle ilgili olan şey, protein mühendisliği yoluyla yeni enzimatik aktivitenin yaratılmasıdır [73, 74]. Örneğin, doğal olmayan izomerizasyonu α-alanin için β-alanin, substrat özgüllüğünü aşağıdakileri içerecek şekilde genişletmek için bir lizin 2,3-aminomutaz geliştirerek elde edildi. α-alanin [73].

Rasyonel tasarım, özellikle hesaplamalı analiz yardımıyla protein özelliklerini artırmak için başka bir güçlü araçtır [75, 76]. Protein yapısı ve işlevi bilgisine dayanarak, istenen işlevi elde etmek için hangi amino asit(ler)in değişeceği tahmin edilebilir. yeniden tasarımında Lactobacillus brevis ikincil alkollerin üretimi için, R-spesifik alkol dehidrojenazın kofaktör tercihinin NADPH'den NADH'ye değiştirilmesi istenmiştir. Potansiyel olarak faydalı amino asit ikamelerini tanımlamak için yapı bazlı bir hesaplama modeli kullanıldı ve bu değişikliklerden biri NADH'ye bağlı aktiviteyi dört kat arttırdı [77].

Bu örnekler rasyonel enzim (yeniden) tasarımının gücünü gösterirken, bu yaklaşım protein yapısı ve mekanizması hakkında ayrıntılı bilgi gerektirirken rastgele mutajenez gerektirmez. Son gelişmeler, yalnızca sınırlı bilgi mevcut olduğunda enzim aktivitesini başarılı bir şekilde iyileştirmek için “yarı rasyonel” olarak adlandırılan bir yaklaşımda yönlendirilmiş evrim ve rasyonel tasarımı birleştirmiştir [78, 79]. Mutajenez, mevcut yapısal veya işlevsel bilgilerden seçildiği gibi belirli kalıntılarla sınırlı olduğunda, bu "akıllı" kitaplıkların olumlu sonuçlar verme olasılığı daha yüksektir [79]. Örneğin, piranoz-2-oksidazın katalitik aktivitesi, bilinen aktif bölgenin mutagenezi ile geliştirildi [80].

20 doğal amino asit, çok çeşitli olası aktiviteye sahip enzimler sağlarken, bu aralık, doğal olmayan amino asitlerin (UAA'lar) kullanılmasıyla daha da genişletilebilir. Şu anda mevcut olan 40'tan fazla UAA vardır ve bunlar protein fonksiyonunu araştırmak, kritik kalıntıları fotokafelemek ve metalloprotein özelliklerini değiştirmek için kullanılmıştır [81, 82]. Bu teknoloji hala geliştirme aşamasındayken, en az bir çalışma, UAA'ların eklenmesinin ardından enzim aktivitesinde bir gelişme olduğunu göstermiştir. Site 124 E. koliNitroredüktaz, çeşitli doğal ve doğal olmayan amino asitlerle değiştirildi ve bazı UAA varyantları, en iyi doğal amino asit varyantına göre 2 kattan fazla aktivite artışına sahipti [83]. Bu biyomimetik yaklaşım, karbonhidratlar [84] ve lipidler [85] gibi diğer metabolitlere genişletildi.

2.4. Evrim

Yukarıda açıklandığı gibi, yüksek verim, titre ve üretkenliğe sahip sağlam bir biyokatalizör, bir fermantasyon işleminin petrokimya bazlı üretimle rekabet etmesi için kritik öneme sahiptir. Mevcut modeller ve simülasyon araçları, bilinen protein fonksiyonlarının kısıtlamaları verilen bir çerçeve sağlar. Ancak, karakterize edilmemiş birçok reaksiyon ve enzim, bu teorik analize dahil edilemez. Bu nedenle rasyonel tasarım yöntemleri genellikle modele göre düşük performans gösteren bir biyokatalizörle sonuçlanır. Metabolik evrim, uygun bir seçim basıncının tasarımına bağlı olarak biyokatalizör üretkenliğini ve sağlamlığını geliştirmek için tamamlayıcı bir yaklaşım sağlar. Mümkün olduğunda, hedef bileşiğin sentezi, büyüme için gerekli olan ATP, redoks dengesi veya anahtar metabolitlerin üretimi ile birleştirilebilir ve metabolik evrim sırasında büyümedeki iyileştirmeler için seçim (seri transferler) daha yüksek oranlar için seçim yapmak için kullanılabilir. veya hedef bileşiklerin titreleri (Şekil 3). Böyle bir sentetik sistemde hem redoks dengesi hem de net ATP üretimi başarılı bir evrim için şarttır.


(a)
(B)
(C)
(a)
(B)
(C) L-alanin üretimini iyileştirmek için metabolik evrim E. koli [27]. 3(a) L-alanin üretimi için yeniden tasarlanmış metabolik yol: ATP üretimi ve hücre büyümesi, NADH oksidasyonu ve L-alanin üretimi ile bağlantılıdır. 3(b) Yönlendirilmiş evrim hücre büyümesini iyileştirir. Ebeveyn suşu XZ112, 48 saatlik fermentasyon evriminden sonra maksimum hücre kütlesi 0.7 gL -1'e ulaşır XZ113 suşu 24 saat sonra 0.7 gL -1'e ve 48 saat sonra maksimum 0.9 gL -1'e ulaşır 3(c) hücre büyümesini iyileştirmek için metabolik evrim alanin üretimini de geliştirir. Ebeveyn suşu XZ112, 72 saatlik fermentasyondan sonra 355 mM alanin üretir, gelişmiş XZ113 suşu 48 saatte 484 mM üretir.

Aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklandığı gibi etanol, D-laktat, L-laktat, L-alanin (Şekil 3) ve süksinat dahil olmak üzere çeşitli fermantasyon ürünlerinin [1] üretimi için yeniden tasarlanan biyokatalizörleri optimize etmek için bu metabolik evrim stratejisini kullandık. Sık kullanılan bir tasarım şeması, rekabet eden NADH tüketen yolları etkisiz hale getirerek hedef ürünün sentezini büyümeye bağlamaktır. Bu nedenle, hücrelerin glikoliz için NAD+ üretmesinin tek yolu hedef bileşiği üretmektir. Glikoliz sırasında daha yüksek ATP üretim hızı ile desteklenen artan hücre büyümesi, daha yüksek NADH oksidasyon hızı ile birleştirilir ve dolayısıyla hedef ürünün sentezi ile sıkı bir şekilde birleştirilir. Bu evrim stratejisinin üretkenliği iki büyüklük derecesine kadar arttırdığı gösterilmiştir.

Genom ölçekli metabolik modellere dayanan hesaplama çerçeveleri, biyokütle oluşumunu kimyasal üretimle birleştiren biyokatalizörler oluşturmak için kullanılmıştır [40, 41] ve bu nedenle yüksek üretkenlik için seçici basınç için bir temel sağlar. Örneğin, Optknock, laktat üreten yapıların inşası için gen silme hedeflerini tanımladı. E. kolive daha sonra yönlendirilmiş evrim, üretim kapasitesini geliştirdi [86]. Mevcut metabolik modellere dayalı metabolik yolların rasyonel tasarımı, hedef bileşiğin verimini en üst düzeye çıkarmak için yaygın bir yöntem olmasına rağmen, karmaşık metabolik ağ ve her reaksiyonun dinamik kinetiği konusundaki sınırlı anlayışımız nedeniyle bu yöntem her zaman en iyi strateji değildir. Metabolik evrim, biyokatalizör performansını iyileştirmek için şu anda öngörülemeyen reaksiyonların seçildiği, suş iyileştirme için mükemmel bir alternatif yöntem sağlar [87]. Biyokatalizör davranışı ve metabolizma bilgimiz geliştikçe, tahmine dayalı modeller daha da güçlü hale gelecektir.

3. Mevcut Yolların Değiştirilmesi Yoluyla Yeniden Tasarım

Bu bölümde, yabancı yollar eklemeden yüksek verim ve titrede hedef bileşikler üretmek için bir şasiyi yeniden tasarlayan projeleri vurguluyoruz. Bir sonraki bölümde, yabancı veya doğal olmayan yollar kullanan biyokatalizör yeniden tasarımlarını açıklayacağız.

3.1. süksinat

Dört karbonlu bir dikarboksilik asit olan süksinat, şu anda gıda, tarım ve ilaç endüstrilerinde özel bir kimyasal olarak kullanılmaktadır [88] ancak aynı zamanda plastiklerde ve solventlerde kullanılan emtia kimyasallarının sentezi için bir başlangıç ​​noktası olarak da hizmet edebilir. 15 milyar dolarlık küresel pazar [89]. Süksinat esas olarak petrolden üretilir ve şekerlerden süksinatın fermentatif üretimine büyük ilgi vardır [89].

Birkaç rumen bakterisi şekerlerden yüksek verim ve üretkenlik ile süksinat üretebilir [90-92], ancak karmaşık besinler gerektirir. Alternatif olarak, doğal suşlar E. koli glikozu basit mineral tuzları ortamında etkili bir şekilde fermente eder, ancak sadece küçük bir ürün olarak süksinat üretir [93]. Öyleyse E. koli C suşu (ATCC 8739), yüksek verim, titre ve üretkenlikte süksinat üretimi için yeniden tasarlandı [94].

İlk yeniden tasarım stratejisi, rekabetçi yolların inaktivasyonuna, özellikle laktat dehidrojenazın silinmesine odaklandı (ldhA), alkol/aldehit dehidrojenaz (adhE) ve asetat kinaz (ackA).Bununla birlikte, ortaya çıkan suş, anaerobik koşullar altında mineral tuzlar ortamında zayıf bir şekilde büyüdü ve sadece eser miktarlarda süksinat biriktirdi. NADH oksidasyonu bu suşta süksinat sentezine bağlı olduğundan, hem hücre büyümesini hem de süksinat üretimini iyileştirmek için metabolik evrim kullanıldı. Format ve laktat üretimini ortadan kaldırmak için piruvat format-liyaz ve metilglioksal sentazın inaktivasyonundan sonra, son suş KJ073, mineral tuz ortamında yüksek verimle (1.2 mol/mol glukoz) 670 mM süksinat (80 g/L) üretti ve yüksek üretkenlik (0,82 g/L/saat) [94]. Treonin dekarboksilazın inaktivasyonu (tdcD), 2-ketobutirat format-liyaz (tdcE) ve aspartat aminotransferaz (aspC) daha fazla süksinat verimi (1.5 mol/mol glukoz), titre (700 mM) ve üretkenlik (0.9 g/L/saat) [24].

Biyokatalizör performansını iyileştirmedeki gücüne rağmen, metabolik evrim istenmeyen bir kara kutu olma özelliğine sahiptir evrimleşmiş suşlar istenen biyokatalizör özelliklerini gösterir, ancak metabolik evrim süreci biyokatalizörü anlamamızı geliştirmez. Bu nedenle, evrimleşmiş suşların tersine mühendislik, daha sonra diğer biyokatalizörlere rasyonel olarak uygulanabilecek anahtar mutasyonları belirlememize yardımcı olabilir. Süksinat üreten suşun tersine mühendisliği, hücresel metabolizmada enerji verimliliğini artıran iki önemli değişikliği ortaya çıkardı [87]. İlk değişiklik, PEP karboksikinaz (pc), organik asitlerin oksidatif metabolizması sırasında normal olarak glukoneogenezde işlev gören [90, 95, 96], süksinat üretimi için ana karboksilasyon yolu haline geldi. PCK baskın CO'nun yüksek düzeyde ifadesi2 sabitleme ve artan ATP verimi (üretilen oksaloasetat başına 1 ATP). İkinci değişiklik, glikoz alımı için doğal fosfoenolpiruvat- (PEP-) bağımlı fosfotransferaz sisteminin etkisiz hale getirilmesi ve alternatif bir glikoz alım yolu ile değiştirilmesidir: GalP permeaz (galP) ve glukokinaz (glk). Bu değişiklikler, iki ATP eşdeğeri gerektiren bir reaksiyon olan piruvattan ek PEP üretme ihtiyacını ortadan kaldırarak enerji verimliliğini artırmanın yanı sıra redoks dengesini korumak için mevcut PEP havuzunu arttırdı [97].

Mevcut metabolik anlayışa dayalı rasyonel tasarım, metabolik mühendislik ve sentetik biyolojinin önemli bir bileşeni olsa da, karmaşık metabolik ağ ve her bir reaksiyonun dinamik kinetiği hakkındaki sınırlı anlayışımız, öngörücü modellerin başarısız olmasına yol açabilir. Bu örnekte, metabolik evrim, hücresel metabolik kapasiteyi genişletmek için halihazırda öngörülemeyen reaksiyonların seçileceği, suş iyileştirme için mükemmel bir alternatif yöntem olarak gösterildi [87]. Süksinat üreten suşun arzu edilen performansını sağlayan mutasyonları anlayarak, gelecekteki sistemlerin yeniden tasarımı için daha fazla seçeneğimiz var. Bunu göstermek için, E. koli evrimleşmiş suşun bulgularına dayanarak yeniden tasarlandı [98]. Bu sefer tasarım stratejisi, rekabetçi fermantasyon yollarını etkisiz hale getirmekten, verimli süksinat üretimi için enerji tasarrufu sağlayan yolları kullanmaya doğru değişti (Şekil 4(e)). Arttıktan sonra pc gen ekspresyonu ve doğal glikoz PTS sistemi, doğal E. koli metabolik sistem, süksinat üreten rumen bakterilerinin doğal yoluna eşdeğer, verimli bir süksinat sentetik sistemine dönüştürüldü [98].


(a)
(B)
(C)
(NS)
(e)
(a)
(B)
(C)
(NS)
(e) Sentetik yollar E. koli laboratuvarımızda yakıt ve kimyasalların üretimi için: 4(a) Glikoz fermantasyonunun doğal metabolik yolları E. koli 4(b) D-laktat, etanol, L-laktat ve L-alanin üretimi için sentetik yollar 4(c) piruvat ve asetat üretimi için sentetik yollar 4(d) ksilitol üretimi için sentetik yol, 4(e) sentetik süksinat üretimi için yol. ★ gen silinmesini gösterir. Genler ve enzimler: ackA, asetat kinaz adhAB, alkol dehidrojenaz (Z. mobilis) adhE, alkol/aldehit dehidrojenaz alaD, L-alanin dehidrojenaz (G. stearothermophilus) crr, glukoza özgü fosfotransferaz enzimi IIA bileşeni frd, fumarat redüktaz duman, fumaraz galP, galaktoz-proton simporter (glikoz permeaz) glk, glukokinaz ldhA, D-laktat dehidrojenaz ldhL, L-laktat dehidrojenaz (P. asidiktik) mdh, malat dehidrojenaz pdc, piruvat dekarboksilaz pflB, piruvat format-liyaz ppc, fosfoenolpiruvat karboksilaz pta, fosfat asetiltransferaz ptsG, PTS sistemi glikoza özel EIICB bileşeni ptsH, fosfor taşıyıcı protein HPr ptsI, fosfoenolpiruvat-protein fosfotransferaz (Fosfotransferaz sistemi, enzim I) pik, piruvat kinaz xrd, ksiloz redüktaz (C. boidinii) ksilB, ksilulokinaz. Metabolitler: G6P, glukoz-6-fosfat G3P, gliserol-3-fosfat PEP, fosfoenol piruvat X5P, D-ksilüloz-5-fosfat.
3.2. D-laktat

D-laktat, gıda ve ilaç endüstrisinde özel bir kimyasal olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, ticari başarısı açıkça üretim maliyetine bağlı olan, giderek daha popüler hale gelen biyolojik olarak yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen bir plastik olan polilaktik asit (PLA) üretimi için L-laktat ile birleştirilebilir. Glikoz, laktatın fermentatif üretimi için mevcut substrat olmasına rağmen, bu ticari kimyasalın, bir şeker karışımı içeren lignoselülozik hammaddeden üretilmesi arzu edilir. Bazı laktik asit bakterileri, düşük pH'ın işlem maliyetini azalttığı düşük pH koşulları altında büyük miktarda D-laktat üretmek için arzu edilen doğal yeteneğe sahiptir [101, 102]. Bununla birlikte, bu laktik asit bakterileri karmaşık besinler gerektirir ve birçoğu pentoz şekerlerini fermente etme yeteneğinden yoksundur. Pentoz şekerlerini fermente eden laktik asit bakterileri maalesef bir laktat ve asetat karışımı üretir ve bu nedenle ticari D-laktat üretimi için iyi bir şasi değildir. Süre E. koli birçok şekeri basit bir mineral tuz ortamında etkili bir şekilde fermente edebilir, doğal D-laktat üretkenliği düşüktür ve diğer istenmeyen metabolitler de üretilir [103]. bu yüzden E. koli Metabolik sistem, D-laktatın yüksek verim ve üretkenliğinin istenen özelliklerini elde etmek için yeniden tasarlandı.

E. koli W3110 suşu, rekabetçi fermantasyon yollarının inaktivasyonuna odaklanan bir yeniden tasarım stratejisiyle D-laktat üretimi için şasi olarak kullanıldı [104]. Fumarat redüktazı kodlayan genler silindikten sonra (frdABCD), alkol/aldehit dehidrojenaz (adhE), piruvat format liyaz (pflB) ve asetat kinaz (ackA), ortaya çıkan suş SZ63, NADH'yi yalnızca D-laktat sentezi yoluyla oksitleyebilir (Şekil 4(b)). Bu suş, teorik maksimuma yakın bir verimle (%96) bir mineral tuz ortamında %5 (a/h) glikozu tamamen kullanabilmesine rağmen, 0,42 g/L/saat'lik hacimsel D-laktat üretkenliği, laktik asit ile karşılaştırıldığında nispeten düşüktü. bakteri [35]. Ek olarak, bu suş ne sakarozu kullanabilir ne de %10 (a/h) şekeri tamamen kullanabilir [35]. Bu nedenle, bir E. koli Daha sağlam D-laktat üretimi için şasi olarak W türevi suş seçilmiştir [35, 105]. D-laktat üretiminin NADH'yi oksitlemenin tek yolu olması için merkezi metabolizmayı yeniden tasarladıktan sonra, hücre büyümesini ve D-laktat üretkenliğini daha da iyileştirmek için metabolik evrim kullanıldı. Ortaya çıkan suş, SZ194, mineral tuzlar ortamında %12 (a/h) glikozu verimli bir şekilde tüketti ve 110 g/L D-laktat [105] üretti ve hacimsel üretkenliği 2,14 g/L/saat'e göre 5 kat arttı. W3110 türevi. Biyokatalizör, metilglioksal sentaz geni silinerek daha da optimize edildi (mgsA) L-laktat üretimini ortadan kaldırmak ve verim ve üretkenliği artırmak için metabolik evrim yoluyla. Nihai D-laktat üreten suş, TG114, mükemmel bir verim (%98) ve üretkenlik (2.88 g/L/saat) ile %12 (a/h) glikozu 118 g/L D-laktata dönüştürebilir [22].

3.3. Asetat

Asetat, 2001 dünya çapında tahmini 6.8 milyon metrik ton olarak tahmin edilen bir emtia kimyasalıdır [23]. Asetatın biyolojik üretimi, dünya üretiminin sadece %10'unu, esas olarak sirke biçiminde, üretimin geri kalanını ise petrokimyasal yollarla oluşturmaktadır [106-108]. Emtia kimyasallarının biyolojik üretimi, hücre kütlesi ve CO2 olarak substrat kaybı olduğundan, tarihsel olarak azaltılmış ürünlerin anaerobik üretimine odaklanmıştır.2 minimumdur ve ürün verimi yüksektir. Tersine, asetat oksitlenmiş bir kimyasaldır ve geleneksel biyolojik üretim karmaşık iki aşamalı bir süreci içerir: şekerlerin etanole fermantasyonu. Saccharomycesardından etanolün asetata aerobik oksidasyonu asetobakter [106–108]. Yüksek verimde redoks-nötr veya oksitlenmiş ürünlerin mikrobiyal üretimini sağlamak için, biyokatalizör metabolizmasının hem fermentatif hem de oksidatif metabolizmaların özelliklerini birleştirecek şekilde yeniden tasarlanması gerekir.

yeniden tasarımı E. koli Asetat üretimi için W3110 metabolizması üç ana yola odaklanmıştır: fermentatif metabolizma, oksidatif metabolizma ve enerji temini (Şekil 4(c)) [23]. Rekabetçi fermantasyon yolları (pflB, ldhA, frd, adhE) ortak öncü piruvat tüketimini önlemek için inaktive edildi ve CO2 olarak karbon kaybını azaltmak için oksidatif trikarboksilik asit (TCA) döngüsü kesintiye uğradı.2. Son olarak, oksidatif fosforilasyon bozuldu (atpFH) elektron taşıma sistemi tarafından NADH'yi oksitleme yeteneğini korurken ATP üretimini azaltmak, böylece substrat düzeyinde fosforilasyon yoluyla daha fazla ATP üretimi için glikolitik akışı arttırmak. Rasyonel olarak tasarlanmış olmasına rağmen, ortaya çıkan suş, TC32, glikoz-minimal ortamda büyüme sırasında süksinat için istenmeyen bir oksotrofik gereksinime sahipti. Bu oksotrofiyi ortadan kaldırmak için evrim kullanıldı ve son suş, TC36, maksimum teorik verimin %75'i ile mineral tuzlar ortamında 878 mM asetat (53 g/L) üretti. Bu, etanol oksidasyonundan üretilen asetattan daha düşük bir titre olmasına rağmen, asetobakterTC36, iki kat daha yüksek bir üretim hızına sahiptir, yalnızca mineral tuz ortamı gerektirir ve basit bir tek adımlı işlemde çok çeşitli karbon kaynaklarını metabolize edebilir [23].

3.4. Diğerleri

Bütanol, etanol ile karşılaştırıldığında daha yüksek enerji içeriği, daha düşük uçuculuk, daha az hidroskopiklik ve daha az aşındırıcılık dahil olmak üzere çeşitli avantajlara sahip mükemmel bir alternatif ulaşım yakıtıdır [109]. yeniden tasarımı E. koli bütanol üretimi için aşağıda tartışılmaktadır. C. asetobütilikum ATCC 824, doğal olarak bütanol üretir ve bütanol üretimini artırmak ve yan ürün birikimini azaltmak için yeniden tasarlanmıştır. Butanol öncüsü bütiril-CoA oluşumunu artırmak için aseton oluşum yolunun aşırı ekspresyonu, transkripsiyonel baskılayıcı SolR'nin inaktivasyonu ve alkol/aldehit dehidrojenazın aşırı ekspresyonu gibi metabolik mühendislik tipi modifikasyonların tümü bütanol üretimini arttırdı [110-112]. Sentetik biyoloji tipi uygulamaların mükemmel bir örneğinde, butirat kinaz geninin ekspresyonu, bütanol üretimini artırmak için rasyonel olarak tasarlanmış bir antisens RNA tarafından ince ayarlanmıştır [113].

1,2-propandiol (1,2-PD), halihazırda propilenden türetilen önemli bir ticari kimyasaldır. E. koli doğal olarak düşük miktarlarda 1,2-PD üretir ve bu nedenle metabolizması, glikozdan yüksek verim ve titrede 1,2-PD üretmek için yeniden tasarlanmıştır, bu, rekabet eden yolların (laktat dehidrojenaz ve glioksalaz I) inaktivasyonu ve 1,2-PD sentetik yolunun temel genleri (metilglioksal sentaz, gliserol dehidrojenaz ve 1,2-PD oksidoredüktaz) [114]. Artan 1,2-PD üretimi için evrim de rasyonel tasarımla birlikte kullanıldı [115].

Temel bir hidrofobik ve dallı zincirli amino asit olan L-valin, kozmetik, ilaç ve hayvan yemi katkı maddelerinde kullanılmaktadır [116]. E. koli geleneksel metabolik mühendislik ve sentetik biyolojinin bir kombinasyonu yoluyla glikozdan yüksek verim ve titrede L-valin üretimi için yeniden tasarlandı. Rakip yolları inaktive etmek ve asetohidroksi asit sentaz I'i aşırı eksprese etmek için geleneksel metabolik mühendislik kullanıldı (ilvBN), valin biyosentez yolunun bir parçasıdır. Ne yazık ki E. koli şasi, L-valin biyosentezini sıkı bir şekilde kontrol eden düzenleyici unsurlara sahiptir, bu da yüksek verim ve titrede valin üretimini zorlaştırır. Geri besleme inhibisyonu, asetohidroksi asit sentaz III'ün rasyonel bölgeye yönelik mutagenezi ile ortadan kaldırıldı. Yukarıda tartışılan gen ekspresyonu ayarlama tekniklerinin mükemmel bir gösteriminde, valin biyosentez genlerinin transkripsiyonel zayıflaması ilvGMEDA zayıflatıcı lider bölgesini kurucu ile değiştirerek ortadan kaldırıldı tak destekçi. Transkriptom analizi ve silico'da simülasyon, amplifikasyon ve silme için ek hedef genlerin seçimini yönlendirdi ve nihai biyokatalizör, g glukoz başına 0.378 g L-valin üretti ve %20 (w/v) glukozdan 7.55 g/L valin titresi verdi [116]. L-treonin üretimi için de benzer bir strateji kullanıldı [117].

4. Yabancı veya Doğal Olmayan Yolların Tanıtılmasıyla Yeniden Tasarım

4.1. Yabancı Yollar
4.1.1. etanol

Etanol yenilenebilir bir ulaşım yakıtıdır. Benzinin etanol ile değiştirilmesi, ABD'nin ithal petrol bağımlılığını önemli ölçüde azaltacak, ulusal güvenliği artıracak ve çevre kirliliğini azaltacaktır [118]. Bununla birlikte, 2008'de yalnızca 9 milyar galon etanol üretildi ve hepsi mısır bazlı üretimdendi. Lignoselüloz genellikle yakıt etanolüne dönüşüm için mükemmel bir şeker kaynağı olarak kabul edilir. Bu nedenle, lignoselülozdaki tüm şeker bileşenlerini kullanabilen ve bunları mineral tuz ortamında yüksek verim ve üretkenlik ile etanole dönüştürebilen biyokatalizörlerin tasarlanması veya elde edilmesi arzu edilir. Yerli S. cerevisiae ve Z. mobilis suşlar, glikozu verimli bir şekilde etanole dönüştürebilir, ancak pentoz şekerlerini kullanamaz. Tersine, E. koli suşlar lignoselülozların tüm şeker bileşenlerini kullanabilirler ancak etanol, ana fermantasyon ürünü olarak biriken karışık asitlerle sadece küçük bir fermantasyon ürünüdür [103]. Son gelişmeler yerli mühendislik yapılırken E. koli etanol üretimi için metabolik yollar [119], en başarılı örnekten etanol üretimini mümkün kılmak için yabancı bir metabolik yol kullanılmıştır. E. koli suşu W (ATCC# 9637) [1].

Etanol üretimi için yeniden tasarım üç bölüme ayrıldı: ana fermentasyon ürünü olarak etanol üretimi için metabolik bir yolun oluşturulması, rekabetçi NADH oksidasyon yollarının ortadan kaldırılması ve yan ürün oluşumunun bozulması. NS Z. mobilis homoetanol yolu (piruvat dekarboksilaz ve alkol dehidrojenaz), yüksek verimde redoks dengeli etanol üretimini sağlayan yabancı bir yol olarak tanıtıldı [120] (Şekil 4(b)). Daha sonra fumarat redüktaz (frd) etanol verimini arttırmak için bozuldu. Ortaya çıkan suş KO11, kompleks bir ortamda %95 verimle etanol üretti [121]. Bu suş, metabolik mühendisliğin başlangıcında geliştirilmiştir ve [1]'de gözden geçirildiği gibi, çeşitli lignoselülozik malzemelerden etanol üretmek için kullanılmıştır.

KO11'in etanol üretim hızı maya kadar yüksek olmasına rağmen, minimum ortamdaki etanol toleransı ve performansı istenen standartları karşılamadı. Bu nedenle, mineral tuzlar ortamında [35] laktat üretimi için modifiye edilmiş bir KO11 türevi olan SZ110 suşu, etanol üretimi [122] için yeniden tasarlandı. KO11'in tasarımında olduğu gibi, SZ110'un yeniden tasarımı, bir etanol sentetik yolunun inşasına, rekabetçi NADH oksidasyon yollarının ortadan kaldırılmasına ve yan ürün oluşumunun engellenmesine ayrıldı. Bununla birlikte, bu yeniden tasarım stratejisi, karışık şeker kullanımının hızlandırılmasını da içeriyordu. Laktat üreten yol bozuldu ve Z. mobilis homoetanol yolu, optimal ifadeyi seçmek için rastgele yerleştirme yoluyla kromozoma entegre edildi. NS Pseudomonas putida kısa zincirli esteraz (estZ) [123], fermentasyon sıvı besi yerindeki etil asetat seviyelerini düşürmek ve akış aşağı saflaştırma maliyetini azaltmak için eklenmiştir. Ayrıca metilglioksal sentaz (mgsA) inaktive edildi, glukoz ve ksilozun ko-metabolizması ile sonuçlandı ve 5-şeker karışımının (mannoz, glukoz, arabinoz, ksiloz ve galaktoz) etanole metabolizmasını hızlandırdı [25]. Hücre büyümesini ve üretimini artırmak için evrimi kullandıktan sonra, son suş, LY168, mineral tuzları ortamında yüksek verim ve üretkenlik ile lignoselülozik biyokütlede bulunan beş ana şekerin karmaşık bir kombinasyonunu eşzamanlı olarak metabolize edebilir [25].

4.1.2. L-laktat

Yukarıda açıklandığı gibi, L-laktat biyolojik olarak parçalanabilen plastik PLA'nın ana bileşenidir. Birçok laktik asit bakterisi yüksek verim ve üretkenlik ile L-laktat üretse de [124], genellikle karmaşık besinler gerektirirler. E. koli L-laktat üretimi için doğal bir yola sahip değildir ve bu nedenle yabancı bir yolun eklenmesi gerekliydi.

Yeniden tasarlama stratejisi E. koli L-laktat üretimi için W3110, rekabetçi NADH oksidasyon yollarını ortadan kaldırmak ve ardından istenen L-laktat sentetik yolunu oluşturmaktı (Şekil 4(b)) [125]. L-laktat üretim yolu, L-laktat dehidrojenaz (ldhL) itibaren Pediococcus acidilactici, kullanılmış ve kodlama bölgesi ve sonlandırıcısı entegre edilmiştir. E. koli kromozom ldhA sitesi yani ldhL yerli altında ifade edilebilir ldhA destekçi. Ayrıca, tarihten itibaren ldhL gen, zayıf bir ribozomal bağlama bölgesi içerir, bu bölge rasyonel olarak değiştirildi ldhARBS [125]. Bir metabolik evrim periyodunun ardından, elde edilen suş, SZ85, teorik maksimuma yakın (%94) verimle bir mineral tuz ortamında 45 g/L L-laktat sentezledi. Bununla birlikte, bu suş bir K-12 türeviydi ve yukarıda açıklanan K12 bazlı D-laktat üreten suşta görülen aynı sorunları sergiledi, bu da yüksek şeker konsantrasyonlarını tamamen fermente edememesi ve düşük bir üretkenliğe (0.65 g/dk) sahip olması anlamına geliyordu. L/sa). Bu nedenle, aynı tasarım stratejisi bir projede uygulandı. E. koli W (ATCC# 9637) türevi. Daha fazla sildikten sonra mgsA kiral saflığı iyileştiren gen ve hücre büyümesini ve üretkenliği iyileştirmek için metabolik evrimi kullanan son L-laktat üreten suş, TG108, mükemmel bir verim (%98) ve üretkenlik ile %12 glikozu 116 g/L L-laktata dönüştürebilir (2,29 g/L/saat) [22].

4.1.3. ksilitol

Pentahidroksi şeker alkolü ksilitol, gıdalarda sakarozun yerini almak için ve diş çürüklerini önleyen doğal, besleyici olmayan bir tatlandırıcı olarak yaygın olarak kullanılır [126]. Ksilitol, yeni polimerlerin sentezlenmesi için bir yapı taşı olarak da kullanılabilir [127]. Mevcut ksilitol ticari üretimi, hemiselülozdan türetilen ksilozun aktif bir metal katalizörü ile hidrojenlenmesini içerir [127]. Biyolojik temelli işlemler de yakın zamanda geliştirilmiştir, ancak bazı mayalar tarafından yüksek ksilitol titresi elde edilmesine rağmen, işlem çok sayıda pahalı vitamin takviyesi içeren karmaşık ortam gerektirir [128]. Süre E. koli ksilitol sentezleme kabiliyetine sahip olmadığı için, yabancı bir metabolik yol içeren W3110 suşu için bir yeniden tasarım stratejisi önerilmiştir [26].Önerilen yeniden tasarımda, glikoz hücre büyümesini destekleyecek ve indirgeyici eşdeğerler sağlarken, ksiloz ksilitol sentezi için substrat olarak kullanılacaktır (Şekil 4(d)). Tasarım stratejisi üç ana bileşenden oluşuyordu: glukoz ve ksilozun birlikte kullanımını sağlamak, ksiloz metabolizmasının merkezi metabolizmadan ayrılması ve bir ksilitol üretim yolunun oluşturulması (Şekil 4(d)). Glikoz ve ksilozun birlikte kullanımını sağlamak için, ksiloz metabolizmasının glikoz aracılı baskısı, doğal yerine ikame edilerek ortadan kaldırıldı. crp cAMP'den bağımsız bir mutanta (CRP*) sahip gen. Ksiloz metabolizması, ksilulokinaz silinerek merkezi metabolizmadan ayrıldı (ksilB) geni, ksiloz karbonunun merkezi metabolizmaya kaybını önler. Son olarak, çeşitli mikroorganizmalardan elde edilen ksiloz redüktaz ve ksilitol dehidrojenaz, ksilitol sentetik kabiliyeti için test edildi ve NADPH'ye bağımlı ksiloz redüktaz, C. boidinii (CbXR)'nin optimal ksilitol üretimini desteklediği bulundu. Son suş, PC09 (CbXR), mineral tuz ortamında 250 mM (38 g/L) ksilitol üretebilir. Verim, tüketilen mol glikoz başına 1.7 mol ksilitol olup, dinlenme hücreleri kullanılarak 4.7 mol/mol'e yükseltildi. İndirgeyici eşdeğerlerin arzını artırarak ksilitol üretiminin daha da geliştirilebileceği öne sürülmüştür [129].

4.1.4. L-Alanin

L-alanin, farmasötik ve veterinerlik uygulamalarında ön ve ameliyat sonrası beslenme tedavisi olarak diğer L-amino asitlerle birlikte kullanılabilir [130]. Tatlı tadı nedeniyle gıda katkı maddesi olarak da kullanılır. L-alanin'in dünya çapındaki yıllık üretimi 500 ton civarındadır [131] ve bu pazar şu anda üretim maliyetleriyle sınırlıdır. Mevcut ticari üretim süreci, aspartatı aspartat dekarboksilaz yoluyla alanine dönüştürür; burada aspartat, aspartat amonyak-liyaz katalizi ile fumarattan üretilir [27]. Glikoz gibi yenilenebilir bir hammadde ile verimli bir fermentatif süreç, L-alanin maliyetini düşürme ve alanin pazarının diğer ürünlere doğru geniş bir şekilde genişlemesini sağlama potansiyeli sunar.

SZ194, bir türevi E. koli Daha önce D-laktat üretimi için tasarlanmış olan W (ATCC# 9637), L-alanin üretimi için şasi olarak kullanıldı [27] (Şekil 4(b)). Doğal suşta alanin üretimi, glutamat ve NADPH'ye bağlı glutamat-piruvat aminotransferaz kullanır. L-alanin'in NADH'ye bağımlı bir enzim ve dolayısıyla L-alanin dehidrojenaz kullanılarak doğrudan piruvat ve amonyaktan üretilmesi tercih edilir (alaD) ile ilgili Geobacillus stearothermophilus kullanılmıştır. Doğal ribozom bağlanma bölgesi, kodlama bölgesi ve sonlandırıcı alaD gen entegre edildi E. koli kromozom ldhA site, böylece ifade alaD yerel destekçisi tarafından kontrol edilebilir ldhA, yukarıda açıklandığı gibi D- ve L-laktat üretimi için iyi çalışan bir promotör. Daha fazla yeniden tasarım, eser miktarda laktatın ortadan kaldırılmasına ve silme yoluyla L-alanin kiral saflığının artırılmasına odaklandı. mgsA ve ana alanin rasemaz geni (babaX). Metabolik evrim, nihai titreyi ve üretkenliği sırasıyla 15 ve 30 kat artırdı (Şekil 3). En son L-alanin üreten suş, XZ132, %12 glikozu, %95 verim ve 2.38 g/L/saatlik mükemmel hacimsel üretkenlik ile 114 g/L L-alanin'e dönüştürmüştür [27].

4.1.5. Birden Fazla Yabancı Yolu Tek Bir Kasada Birleştirme

Yukarıda açıklanan çalışma, tek bir yabancı yolun tanıtılmasına dayanmasına rağmen, tek bir konakçıda birden fazla organizmadan yolak kullanan başka mükemmel örnekler de vardır.

E. koli kullanılarak 1,3-propandiol üretimi için yeniden tasarlandı S. cerevisiae glikozu gliserole dönüştürme yolu ve K. pnömoni gliserolü 1,3-propandiol'e dönüştürmek için yol [132]. E. koli ayrıca asetil CoA asetiltransferazı birleştirerek izopropanol üretimi için yeniden tasarlandı (tl) ve asetoasetat dekarboksilaz (adc) itibaren C. asetobütilikum ikinci alkol dehidrojenaz ile (adh) itibaren C. beijerinckii ve E. kolikendi asetoasetil-CoA transferazı (atoAD) [133]. Antimalaryal ilaç artemisinin öncüsü olan artemisinik asit, E. koli gelen bir mevalonat yolunun kombinasyonunu takiben S. cerevisiae ve E. koli, amorfadien sentaz ve yeni bir sitokrom P450 monooksijenaz (CYP71AV1) artemisia yıllık [12, 134].

S. cerevisiae birleştirerek flavanon üretimi için yeniden tasarlandı. Arabidopsis thaliana sinnamat 4-hidroksilaz (C4H), Petroselinum gevrek 4-kumaroil: CoA-ligaz (4CL) ve Petunya kalkon sentaz (CHS), Petunya kalkon izomeraz (CHI) [135]. Hidroksillenmiş flavonoller üreten benzer bir sentetik sistem de aynı zamanda inşa edilmiştir. E. koli ek amplifikasyonu ile C. gül P450 flavonoid

-P450 redüktaz ile kaynaşmış hidroksilaz (FH), malus evcil flavanon 3β-hidroksilaz (FHT) ve Arabidopsis thaliana flavonol sentaz (FLS) [136]. Flavonoid üretimi, merkezi metabolik sistemin daha fazla yeniden tasarlanmasıyla önemli ölçüde arttırıldı. E. koli öncülü artırmak için (malonil-CoA) tedarik [137].

4.2. Doğal Olmayan Bileşiklerin Üretimi için Doğal Yolların Modifikasyonu

Sentetik biyolojinin amaçlarından biri, yeni genetik devreler tasarlamak veya inşa etmektir. Şimdiye kadar verilen örneklerde, doğada zaten var olan bir ürünü verimli bir şekilde üreten bir biyokatalizörü tasarlamak için mevcut biyolojik parçalar yeniden birleştirildi. Bununla birlikte, doğal olmayan bileşikler üretmek için metabolik yollar da oluşturulabilir.

Yukarıda tartışıldığı gibi, proteinlerin yönlendirilmiş evrimi, yeni substratların tanınması veya yeni ürünlerin oluşması için aktivitelerini değiştirebilir [138]. Örneğin, yeni karotenoid bileşikleri, iki temel karotenoid sentetik enzim olan fitoen desatüraz ve likopen siklazın evrimi ile oluşturulmuştur [139]. Ek olarak, farklı organizmalardan gelen genleri heterolog bir konakta birleştiren kombinatoryal biyosentez de yeni ürünler üretebilir [140]. Örneğin, daha önce bilinmeyen dört karotenoid, kombinatoryal biyosentez ile üretildi. E. koli [141].

4.3. De Novo Yol Tasarımı

Mevcut biyosentez alanını genişletmek için doğal yolların ve tasarım yollarının ötesine geçmek esastır. yeni [142]. Bu heyecan verici tasarım stratejisinin hala birçok zorluğu olmasına rağmen, birkaç başarılı örnek rapor edilmiştir.

Örneğin, doğal olmayan izomerizasyonunu içeren 3-hidroksipropiyonik asit (3-HP) üretimi için sentetik bir yol tasarlanmıştır. α-alanin için β-alanin, yukarıda belirtildiği gibi. Bu örnekte araştırmacılar, lizin 2,3-aminomutazın substrat özgüllüğünü aşağıdakileri içerecek şekilde genişletmek için yönlendirilmiş evrimi kullandılar: α-alanin [73]. Sonuç β-alanin daha sonra mevcut metabolik yollar yoluyla 3-HP'ye dönüştürülebilir.

Daha yüksek alkol üretimi için doğal olmayan yollar E. koli doğal amino asit sentetik yolakları bir 2-keto asit dekarboksilaz ile birleştirerek tasarlanmıştır. laktokok laktis ve alkol dehidrojenaz S. cerevisiae [143]. Amino asit biyosentez yollarındaki 2-keto asit ara ürünleri, amino asit üretiminden alkol üretimine yönlendirilerek 3-metil-1-pentanol üretimi sağlandı. Bu yol daha sonra iki enzimin rasyonel olarak yeniden tasarlanmasıyla doğal olmayan alkollerin üretimi için genişletildi ve sonuçta ortaya çıkan biyokatalizörler, uzunluğu beş ila sekiz karbon arasında değişen çeşitli doğal olmayan alkolleri sentezleme yeteneğine sahipti [144].

4.4. Engelleyici Bileşiklere Mühendislik Toleransı

Biyolojik olarak üretilen bileşiklerden oluşan repertuarımız arttıkça, yüksek ürün titrelerine tolerans daha önemli hale geliyor. Etanol ve bütanol gibi biyoyakıtlar, biyokatalizörün büyümesini engelleyebilir ve bu nedenle biyokatalizörün toleransının iyileştirilmesi gerekir [145-147]. Yukarıda açıklandığı gibi amacımız, ticari yakıtların ve kimyasalların üretimi için bir substrat olarak lignoselülozik biyokütleyi kullanmaktır. Ne yazık ki, biyokütleyi çözünür şekerlere dönüştürmek için kullanılan işlemler aynı zamanda furfural ve asetik asit gibi biyokatalizör metabolizmasını engelleyen küçük ürünlerin bir karışımını da üretir [148]. Bu inhibitörlerin çoğu detoksifikasyon yoluyla uzaklaştırılabilse de [149], bu ek işlem işletme maliyetini artıracaktır. Bu nedenle, bu inhibitörlere toleranslı olan ve hemiselüloz hidrolizatı doğrudan fermente edebilen mikroorganizmaların elde edilmesi arzu edilir.

Toleransı artırmaya yönelik bir yaklaşım, inhibisyon mekanizmasını anlamaktır. Etanol [145, 150], furfural [151] ve butanole [147] yanıtı araştırmak için transkriptom analizi kullanılmıştır. Diğer bir yaklaşım, aşağıdaki örnekte vurgulandığı gibi, yönlendirilmiş evrimi kullanmaktır. etanolojenik E. koli LY180 suşu (yenilenmiş laktoz kullanımı ve bir endoglukanaz entegrasyonu ve selobiyoz kullanımı ile LY168'in bir türevi), evrim yoluyla furfural direnci seçmek için şasi olarak kullanıldı [148]. Gelişen suş, EMFR9, furfural direnci önemli ölçüde arttırdı. Transkriptom analizi de dahil olmak üzere tersine mühendislik çalışmaları, furfural direnci birkaç oksidoredüktazın susturucu ifadesine bağladı. Bu oksidoredüktazlar, furfural indirgeme için NADPH'yi kullanır ve biyosentez için mevcut havuzları tüketir. Bu nedenle furfural aracılı büyüme inhibisyonu, diğer biyokatalizör tasarım projelerine uygulanabilecek bir anlayış olan NADPH tükenmesine [148] atfedilebilir.

5. Perspektifler

Birçok biyokatalizör, geleneksel metabolik mühendislik yoluyla endüstriyel açıdan önemli yakıtların ve kimyasalların üretimi için başarıyla yeniden tasarlanmış olsa da, bu alandaki sentetik biyolojinin potansiyelini yeni görmeye başlıyoruz. Laboratuvarımızdaki en önemli hedeflerden biri, biyokütle kullanımı için biyokatalizörlerin geliştirilmesidir. Bu amaca ulaşmak için hidrolizattan türetilen inhibitörlere toleransın geliştirilmesi gerekmektedir. Tüm uygulamalar için yüksek substrat ve ürün titrelerine tolerans da önemlidir. Bir biyokatalizörün fenotipini, yani toleransı yeniden tasarlama hedefi, metabolizmayı yeniden tasarlamak kadar açık değildir ve inhibisyon mekanizması bilinmediğinde rasyonel bir yeniden tasarım stratejisi özellikle zordur.

Biyokatalizörlerimizin anlaşılması, özellikle evrimleşmiş suşların tersine mühendislik yoluyla geliştikçe, genom ölçekli modeller geliştirilebilir. Kinetik ve düzenleyici etkilerin dahil edilmesi, bu modellerin doğruluğunu ve tahmin gücünü de artıracaktır. Son zamanlarda kinetik veri ihtiyacını atlayan bazı modellerin geliştirildiğini unutmayın [152]. Enzimler, metabolik sentezi gerçekleştiren başlıca işlevsel kısım olduğundan, geliştirilmiş protein mühendisliği araçları ve yeni protein katalitik yeteneği, bu alanın ilerlemesine yardımcı olacaktır. Verimli tarama çabalarını kolaylaştırmak için yüksek kaliteli protein mutajenez kitaplıkları (yüksek enzim çeşitliliğine sahip nispeten küçük kitaplıklar) oluşturmak önemlidir [138]. Çevresel örneklerin metagenomik kitaplıklarından doğrudan tarama, geleneksel suş izolasyon yöntemleriyle elde edilemeyen yeni işlevlere sahip enzimlerin izolasyonuna yardımcı olabilir [153]. Enzimler, hesaplama yardımı ile rasyonel bir tasarım stratejisi ile sıfırdan bile sentezlenebilir [154]. Son olarak, daha iyisi için yeni araçlar yeni sentetik yolların tasarımı geliştirilmelidir. BNICE (Biochemical Network Integrated Computational Explorer) [155] ve ReBiT (Retro-Biosenthesis Tool) [142] gibi çeşitli veri tabanları, hedef bileşiklerin üretilmesi için tam bir sentetik yol oluşturmak üzere enzimlerin tanımlanmasını kolaylaştırmak için halihazırda kurulmuştur. Optimal yollar için bu muazzam yollar arasında tarama yapmak için redoks dengesi, enerji üretimi ve termodinamik fizibilite gibi kılavuzlar oluşturmak önemlidir.

Metabolik mühendislik projelerine sentetik biyoloji araçlarını dahil ederek ve bunun tersini yaparak, bu iki alan petrol türevi emtia ürünlerinin biyolojik olarak yenilenebilir karbon ve enerjiden üretilenlerle değiştirilmesini önemli ölçüde ilerletebilir.

Referanslar

  1. L.R. Jarboe, T.B. Grabar, L.P. Yomano, K.T. Shanmugan ve L.O. Ingram, "Etanolojenik bakterilerin gelişimi" Biyokimya Mühendisliği/Biyoteknolojideki Gelişmeler, cilt. 108, s. 237–261, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  2. D. G. Gibson, G. A. Benders, C. Andrews-Pfannkoch ve diğerleri, "Bir Mycoplasma genitalium genomunun komple kimyasal sentezi, montajı ve klonlanması" Bilim, cilt. 319, hayır. 5867, s. 1215-1220, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  3. C. Laitigue, S. Vashee, M.A. Algire ve diğerleri, "Klonlanmış ve mayada işlenmiş genomlardan bakteri suşları yaratmak" Bilim, cilt. 325, hayır. 5948, s. 1693–1696, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  4. J. E. Bailey, “Metabolik mühendislik bilimine doğru” Bilim, cilt. 252, hayır. 5013, s. 1668–1675, 1991. Görüntüleme: Google Akademik
  5. G. Stephanopoulos ve J. J. Vallino, "Metobolit aşırı üretiminde ağ katılığı ve metabolik mühendislik" Bilim, cilt. 252, hayır. 5013, s. 1675-1681, 1991. Görüntüle: Google Akademik
  6. G.N. Stephanopoulos, A.A. Aristidou ve J. Nielsen, Metabolik Mühendisliği: İlkeler ve Metodolojiler, Academic Press, San Diego, Kaliforniya, ABD, 1998.
  7. P. Ball, “Sentetik biyoloji: sıfırdan başlayarak” Doğa, cilt. 431, hayır. 7009, s. 624–626, 2004. Görüntüleme: Google Akademik
  8. S. A. Benner ve A. M. Sismour, "Sentetik biyoloji" Doğa İncelemeleri Genetik, cilt. 6, hayır. 7, s. 533–543, 2005. Görüntüle: Google Akademik
  9. R. McDaniel ve R. Weiss, “Sentetik biyolojideki ilerlemeler: prototiplerden uygulamalara giden yolda” Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 16, hayır. 4, s. 476–483, 2005. Görüntüle: Google Akademik
  10. J. Pleiss, “Sentetik biyolojinin vaadi” Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 73, hayır. 4, s. 735–739, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  11. L. Serrano, "Sentetik biyoloji: vaatler ve zorluklar" Moleküler Sistemler Biyolojisi, cilt. 3, makale 158, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  12. J. D. Keasling, "Sentetik kimya için sentetik biyoloji" ACS Kimyasal Biyoloji, cilt. 3, hayır. 1, s. 64–76, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  13. A. C. Forster ve G. M. Church, "Sentetik biyoloji projeleri in vitro" Genom Araştırması, cilt. 17, hayır. 1, s. 1–6, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  14. D. Greber ve M. Fussenegger, "Memeli sentetik biyolojisi: karmaşık gen ağlarının mühendisliği" Biyoteknoloji Dergisi, cilt. 130, hayır. 4, s. 329–345, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  15. W. Weber ve M. Fussenegger, "Sentetik biyolojinin ilaç keşfi üzerindeki etkisi" Bugün İlaç Keşfi, cilt. 14, hayır. 19-20, s. 956–963, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  16. C. E. French, “Sentetik biyoloji ve biyokütle dönüşümü: cennette yapılan bir eşleşme mi?” Kraliyet Topluluğu Arayüzü Dergisi, cilt. 6, ek 4, s. S547–S558, 2009. Görüntüleme: Google Akademik
  17. S. K. Lee, H. Chou, T. S. Ham, T. S. Lee ve J. D. Keasling, "Biyoyakıt üretimi için mikroorganizmaların metabolik mühendisliği: böceklerden sentetik biyolojiye ve yakıtlara" Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 19, hayır. 6, s. 556–563, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  18. S. Picataggio, “Yenilenebilir yakıtların ve kimyasalların üretimi için mikrobiyal sistemlerin geliştirilmesinde sentetik biyolojinin potansiyel etkisi” Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 20, hayır. 3, s. 325–329, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  19. A.M. Feist, C.S. Henry, J.L. Reed ve diğerleri, “Bir genom ölçeğinde metabolik rekonstrüksiyon Escherichia koli 1260 ORF ve termodinamik bilgiyi açıklayan K-12 MG1655” Moleküler Sistemler Biyolojisi, cilt. 3, makale 121, 2007. Görüntüle: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  20. I. M. Keseler, C. Bonavides-Martínez, J. Collado-Vides ve diğerleri, “EcoCyc: kapsamlı bir görünüm Escherichia koli Biyoloji," Nükleik Asitler Araştırması, cilt. 37, ek 1, sayfa D464–D470, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  21. D. Endy, “Mühendislik biyolojisinin temelleri” Doğa, cilt. 438, hayır. 7067, s. 449–453, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  22. T. B. Grabar, S. Zhou, K. T. Shanmugam, L. P. Yomano ve L. O. Ingram, “Methylglyoxal bypass, rekombinant tarafından L(+) ve D(-)-laktat fermentasyonlarında kiral kontaminasyon kaynağı olarak tanımlandı Escherichia koli,” Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 28, hayır. 19, s. 1527–1535, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  23. T. B. Causey, S. Zhou, K. T. Shanmugam ve L. O. Ingram, Escherichia koli Şekerin redoks-nötr ve oksitlenmiş ürünlere dönüştürülmesi için W3110: homoasetat üretimi," Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 100, hayır. 3, s. 825–832, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  24. K. Jantama, X. Zhang, J.C. Moore, K.T. Shanmugam, S.A. Svoronos ve L.O. Ingram, “Yan ürünlerin ortadan kaldırılması ve mühendislik suşlarında süksinat verimlerinin arttırılması. Escherichia koli C," Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 101, hayır. 5, s. 881–893, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  25. L.P. Yomano, S.W. York, K.T. Shanmugam ve L.O.Ingram, “Metilglioksal sentaz geninin (mgsA) silinmesi, etanol üretiminde şeker kometabolizmasını arttırdı. Escherichia koli,” Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 31, hayır. 9, s. 1389–1398, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  26. P.C. Cirino, J.W. Chin ve L.O. Ingram, “Mühendislik Escherichia koli glikoz-ksiloz karışımlarından ksilitol üretimi için” Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 95, hayır. 6, s. 1167–1176, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  27. X. Zhang, K. Jantama, J.C. Moore, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Metobolik olarak tasarlanmış L-alanin üretimi Escherichia koli,” Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 77, hayır. 2, s. 355–366, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  28. R. S. Senger ve E. T. Papoutsakis, "Clostridium acetobutylicum için genom ölçekli model - bölüm I: metabolik ağ çözünürlüğü ve analizi" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 101, hayır. 5, s. 1036–1052, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  29. K. R. Kjeldsen ve J. Nielsen, "In silico genom ölçeğinde rekonstrüksiyonu ve corynebacterium glutamicum metabolik ağının doğrulanması" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 102, hayır. 2, s. 583–597, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  30. J. Forster, I. Famili, P. Fu ve diğerleri, "Saccharomyces cerevisiae metabolik ağının genom ölçekli rekonstrüksiyonu" Genom Araştırması, cilt. 13, hayır. 2, s. 244–253, 2003. Görüntüleme: Google Akademik
  31. M. R. Andersen, M. L. Nielsen ve J. Nielsen, "Aspergillus niger'in bibliyomu, genomu, metabolomu ve reaktomunun metabolik model entegrasyonu" Moleküler Sistemler Biyolojisi, cilt. 4, makale 178, 2008. Görüntüle: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  32. F. R. Blattner ve diğ., "Tam genom dizisi Escherichia koli K-12" Bilim, cilt. 277, hayır. 5331, s. 1453–1474, 1997. Görüntüleme: Google Akademik
  33. R. U. Ibarra, J. S. Edwards ve B. O. Palsson, "Escherichia koli K-12, in silico öngörülen optimal büyümeyi elde etmek için uyarlanabilir evrim geçiriyor” Doğa, cilt. 420, hayır. 6912, s. 186–189, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  34. A.P. Bauer, S.M. Dieckmann, W. Ludwig ve K.-H. Schleifer, “Hızlı tanımlama Escherichia koli Multiplex-PCR'ye dayalı güvenlik ve laboratuvar suşu soyları" FEMS Mikrobiyoloji Mektupları, cilt. 269, hayır. 1, s. 36–40, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  35. S. Zhou, L. P. Yomano, K. T. Shanmugam ve L. O. Ingram, "% 10 ( w / v ) şekerin D'ye fermantasyonu: ( - ) -laktat mühendislik tarafından Escherichia koli B,” Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 27, hayır. 23-24, s. 1891–1896, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  36. M. Moniruzzaman, X. Lai, S. W. York ve L. O. Ingram, “Etanolojenik selobiyoz-fermente edici spontan mutantların yüksek performanslı izolasyonu ve moleküler karakterizasyonu Escherichia koli Klebsiella oxytoca casAB operonunu içeren KO11," Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 63, hayır. 12, s. 4633–4637, 1997. Görüntüleme: Google Akademik
  37. G. Posfai, G. Plunkett III, T. Fehér ve diğerleri, “İndirgenmiş genomun acil özellikleri Escherichia koli,” Bilim, cilt. 312, hayır. 5776, s. 1044–1046, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  38. M. Durot, P.-Y. Bourguignon ve V. Schachter, “Genom ölçekli bakteri metabolizması modelleri: yeniden yapılandırma ve uygulamalar,” FEMS Mikrobiyoloji İncelemeleri, cilt. 33, hayır. 1, s. 164–190, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  39. N. D. Price, J. A. Papin, C. H. Schilling ve B. O. Palsson, "Silico modellerde genom ölçekli mikrobiyal: kısıtlamalara dayalı yaklaşım" Biyoteknolojideki Eğilimler, cilt. 21, hayır. 4, s. 162–169, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  40. P. Pharkya, A. P. Burgard ve C. D. Maranas, "OptStrain: mikrobiyal üretim sistemlerinin yeniden tasarımı için bir hesaplama çerçevesi" Genom Araştırması, cilt. 14, hayır. 11, s. 2367–2376, 2004. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  41. A. P. Burgard, P. Pharkya ve C. D. Maranas, "OptKnock: mikrobiyal suş optimizasyonu için gen nakavt stratejilerini belirlemek için iki düzeyli bir programlama çerçevesi" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 84, hayır. 6, s. 647–657, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  42. H. Alper, Y.-S. Jin, J. F. Moxley ve G. Stephanopoulos, "Likopen biyosentezinin metabolik mühendisliği için gen hedeflerinin belirlenmesi. Escherichia koli,” Metabolik Mühendisliği, cilt. 7, hayır. 3, s. 155–164, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  43. C. Bro ve J. Nielsen, "Ome" analizlerinin ters metabolik mühendislik üzerindeki etkisi" Metabolik Mühendisliği, cilt. 6, hayır. 3, s. 204–211, 2004. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  44. S. Y. Lee, D. Y. Lee ve T. Y. Kim, "Suşun iyileştirilmesi için sistemler biyoteknolojisi" Biyoteknolojideki Eğilimler, cilt. 23, hayır. 7, s. 349–358, 2005. Görüntüleme: Google Akademik
  45. T. Hermann, “Endüstriyel biyokimyasalların üretiminde verimliliği artırmak için fonksiyonel genomik kullanmak” Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 15, hayır. 5, s. 444–448, 2004. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  46. J. H. Choi, S. J. Lee ve S. Y. Lee, "İnsülin benzeri büyüme faktörü I füzyon proteininin gelişmiş üretimi Escherichia koli transkriptom profilleme ile tanımlanan aşağı regüle edilmiş genlerin birlikte ekspresyonu ile" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 69, hayır. 8, s. 4737–4742, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  47. M.-J. Han, K.J. Jeong, J.-S. Yoo ve S. Y. Lee, “Mühendislik Escherichia koli proteom profili oluşturmaya dayalı serin açısından zengin proteinlerin artan üretkenliği için” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 69, hayır. 10, s. 5772–5781, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  48. B. F. Pfleger, D. J. Pitera, C. D. Smolke ve J. D. Keasling, "Operonlarda intergenik bölgelerin kombinatoryal mühendisliği, çoklu genlerin ifadesini ayarlar" Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 24, hayır. 8, s. 1027–1032, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  49. S. A. Underwood, M. L. Buszko, K. T. Shanmugam ve L. O. Ingram, "Sitrat sentaz yoluyla akış, etanolojenik büyümeyi sınırlar. Escherichia koli Ksiloz fermantasyonu sırasında KO11, Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 68, hayır. 3, s. 1071–1081, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  50. M. Askenazi, E. M. Driggers, D. A. Holtzman ve diğerleri, "Lovastatin üreten mantar suşlarının mühendisliğini yönlendirmek için transkripsiyonel ve metabolit profillerini entegre etmek" Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 21, hayır. 2, s. 150–156, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  51. J. Ohnishi, S. Mitsuhashi, M. Hayashi ve diğerleri, "Yeni bir L-lizin üreten mutant oluşturmak için Corynebacterium glutamicum genom bilgisini kullanan yeni bir metodoloji" Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 58, hayır. 2, s. 217–223, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  52. F. Martinez-Morales, A.C. Borges, A. Martinez, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Heterolog DNA'nın kromozomal entegrasyonu Escherichia koli inşaat sırasında kullanılan işaretleyicilerin ve replikonların hassas bir şekilde çıkarılmasıyla” Bakteriyoloji Dergisi, cilt. 181, hayır. 22, s. 7143–7148, 1999. Görüntüle: Google Akademik
  53. K. A. Datsenko ve B. L. Wanner, “Kromozomal genlerin tek aşamalı inaktivasyonu Escherichia koli PCR ürünlerini kullanan K-12” Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 97, hayır. 12, s. 6640–6645, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  54. G. Pósfai, M. D. Koob, H. A. Kirkpatrick ve F. R. Blattner, "Bakterilerde hedeflenen genom manipülasyonları için çok yönlü yerleştirme plazmitleri: patojenite adası LEE'nin izolasyonu, silinmesi ve kurtarılması. Escherichia koli O157:H7 genomu," Bakteriyoloji Dergisi, cilt. 179, hayır. 13, s. 4426–4428, 1997. Görüntüleme: Google Akademik
  55. P. Gay, D. Le Coq, M. Steinmetz ve diğerleri, "Gram-negatif bakterilerde ekleme dizisi elemanlarının yakalanması için pozitif seçim prosedürü" Bakteriyoloji Dergisi, cilt. 164, hayır. 2, s. 918–921, 1985. Görüntüle: Google Akademik
  56. G. de la Cueva-Mendez ve B. Pimentel, "Gen ve hücre sağkalımı: prokaryotik plazmid R1'den dersler" EMBO Raporları, cilt. 8, hayır. 5, s. 458–464, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  57. S. Zhou, F. C. Davis ve L. O. Ingram, "Etanolojenik Klebsiella oxytoca P2'de Erwinia chrysanthemi endoglucanase CelY (celY) ve CelZ (celZ)'nin gen entegrasyonu ve ekspresyonu ve hücre dışı salgılanması," Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 67, hayır. 1, s. 6–14, 2001. Görüntüle: Google Akademik
  58. P. R. Jensen ve K. Hammer, "Konsensüs dizileri arasındaki aralayıcıların dizisi, prokaryotik promotörlerin gücünü modüle eder" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 64, hayır. 1, s. 82–87, 1998. Görüntüleme: Google Akademik
  59. H. Alper, C. Fischer, E. Nevoigt ve G. Stephanopoulos, “Promotör mühendisliği yoluyla genetik kontrolün ayarlanması” Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 102, hayır. 36, s. 12678–12683, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  60. I. Meynial-Salles, M. A. Cervin ve P. Soucaille, “Metabolik yol mühendisliği için yeni araç Escherichia koli: kromozomal genlerin ekspresyonunu modüle etmek için tek adımlı yöntem,” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 71, hayır. 4, s. 2140–2144, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  61. C. Solem ve P. R. Jensen, "Gen ifadesinin modülasyonu kolaylaştı" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 68, hayır. 5, s. 2397–2403, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  62. T. A. Carrier ve J. D. Keasling, "MRNA stabilitesini manipüle etmek için sentetik 5' ikincil yapıların kütüphanesi. Escherichia koli,” Biyoteknoloji İlerlemesi, cilt. 15, hayır. 1, s. 58–64, 1999. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  63. Y. S. Park, S.W. Seo, S. Hwang ve diğerleri, "Ayarlanabilir ifade için 5'-çevrilmemiş bölge varyantlarının tasarımı Escherichia koli,” Biyokimyasal ve Biyofiziksel Araştırma İletişimi, cilt. 356, hayır. 1, s. 136–141, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  64. F.J. Isaacs, D.J. Dwyer, C. Ding, D.D. Pervouchine, C.R. Cantor ve J.J. Collins, “Mühendislik riboregülatörleri, gen ekspresyonunun transkripsiyon sonrası kontrolünü mümkün kılar,” Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 22, hayır. 7, s. 841–847, 2004. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  65. S. Jana ve J. K. Deb, “Bölgede heterolog proteinlerin verimli üretimi için stratejiler Escherichia koli,” Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 67, hayır. 3, s. 289–298, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  66. H. Alper, J. Moxley, E. Nevoigt, G. R. Fink ve G. Stephanopoulos, "Geliştirilmiş etanol toleransı ve üretimi için mühendislik maya transkripsiyon makineleri" Bilim, cilt. 314, hayır. 5805, s. 1565–1568, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  67. H. Alper ve G. Stephanopoulos, "Küresel transkripsiyon makine mühendisliği: hücresel fenotipi iyileştirmek için yeni bir yaklaşım" Metabolik Mühendisliği, cilt. 9, hayır. 3, s. 258–267, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  68. I. P. Petrounia ve F. H. Arnold, "Enzimatik özelliklerin tasarlanmış evrimi" Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 11, hayır. 4, s. 325–330, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  69. H. Zhao, L. Giver, Z. Shao, J. A. Affholter ve F. H. Arnold, “Kademeli uzatma işlemi (StEP) in vitro rekombinasyon ile moleküler evrim,” Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 16, hayır. 3, s. 258–261, 1998. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  70. A. Crameri, S.-A. Raillard, E. Bermudez ve W. P. C. Stemmer, "Çeşitli türlerden bir gen ailesinin DNA'sının karıştırılması, yönlendirilmiş evrimi hızlandırır" Doğa, cilt. 391, hayır. 6664, s. 288–291, 1998. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  71. C. Wang, M.-K. Oh, ve J. C. Liao, "Metabolik olarak tasarlanmış evrimin yönlendirilmiş evrimi Escherichia koli karotenoid üretimi için” Biyoteknoloji İlerlemesi, cilt. 16, hayır. 6, s. 922–926, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  72. P. C. Cirino ve F. H. Arnold, "Biyokataliz için oksijenazların protein mühendisliği" Kimyasal Biyolojide Güncel Görüş, cilt. 6, hayır. 2, s. 130–135, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  73. H. H. Liao, "Alanin 2,3-aminomutaz", ABD patenti 7309597, 2007. Görüntüleme: Google Akademik
  74. M. M. Altamirano, J. M. Blackburn, C. Aguayo ve A. R. Fersht, "α / β -varil iskelesini kullanarak yeni katalitik aktivitenin yönlendirilmiş evrimi" Doğa, cilt. 403, hayır. 6770, s. 617–622, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  75. M. Leisola ve O. Turunen, “Protein mühendisliği: fırsatlar ve zorluklar” Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 75, hayır. 6, s. 1225–1232, 2007. Görüntüleme: Google Akademik
  76. A. Korkegian, M. E. Black, D. Baker ve B. L. Stoddard, “Bir enzimin hesaplamalı termostabilizasyonu” Bilim, cilt. 308, hayır. 5723, s. 857–860, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  77. R. Machielsen, L. L. Looger, J. Raedts ve diğerleri, "Hesaplamalı tasarımla Lactobacillus brevis alkol dehidrojenazın kofaktör mühendisliği" Yaşam Bilimlerinde Mühendislik, cilt. 9, hayır. 1, s. 38–44, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  78. J. D. Bloom, M. M. Meyer, P. Meinhold, C. R. Otey, D. MacMillan ve F. H. Arnold, “Enzim mühendisliği için gelişen stratejiler,” Yapısal Biyolojide Güncel Görüş, cilt. 15, hayır. 4, s. 447–452, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  79. R. A. Chica, N. Doucet ve J. N. Pelletier, “Mühendislik enzim aktivitesine yarı rasyonel yaklaşımlar: yönlendirilmiş evrim ve rasyonel tasarımın faydalarını birleştirmek” Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 16, hayır. 4, s. 378–384, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  80. O. Spadiut, I. Pisanelli, T. Maischberger ve diğerleri, "Piranoz 2-oksidazın mühendisliği: yarı rasyonel protein tasarımı yoluyla biyoyakıt hücresi ve gıda uygulamaları için iyileştirme" Biyoteknoloji Dergisi, cilt. 139, hayır. 3, s. 250–257, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  81. Q. Wang, A. R. Parrish ve L. Wang, “Biyolojik çalışmalar için genetik kodun genişletilmesi” Kimya ve Biyoloji, cilt. 16, hayır. 3, s. 323–336, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  82. Y. Lu, “Doğal olmayan amino asitler veya doğal olmayan metal içeren kofaktörler içeren metalloproteinlerin tasarımı ve mühendisliği” Kimyasal Biyolojide Güncel Görüş, cilt. 9, hayır. 2, s. 118–126, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  83. J.C. Jackson, S.P. Duffy, K.R. Hess ve R.A. Mehl, “Doğanın enzim aktif bölgesini genetik olarak kodlanmış doğal olmayan amino asitlerle geliştirmek,” Amerikan Kimya Derneği Dergisi, cilt. 128, hayır. 34, s. 11124–11127, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  84. D. B. Walker, G. Joshi ve A. P. Davis, "Biyomimetik karbonhidrat tanımada ilerleme" Hücresel ve Moleküler Yaşam Bilimleri, cilt. 66, hayır. 19, s. 3177–3191, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  85. M. P. Cashion ve T. E. Long, “Polimerize edilebilir lipidlerin biyomimetik tasarımı ve performansı” Kimyasal Araştırma Hesapları, cilt. 42, hayır. 8, s. 1016–1025, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  86. S.S. Fong, A.P. Burgard, C.D. Herring ve diğerleri, “In silico design and adaptiveevrim of Escherichia koli laktik asit üretimi için” Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 91, hayır. 5, s. 643–648, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  87. X. Zhang, K. Jantama, J.C. Moore, L.R. Jarboe, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Süksinat üretimi için enerji tasarrufu sağlayan yolların metabolik evrimi. Escherichia koli,” Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 106, hayır. 48, s. 20180–20185, 2010. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  88. J. G. Zeikus, M. K. Jain ve P. Elankovan, "Süksinik asit üretiminin biyoteknolojisi ve türetilmiş endüstriyel ürünler için pazarlar" Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 51, hayır. 5, s. 545–552, 1999. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  89. J. B. McKinlay, C. Vieille ve J. G. Zeikus, "Biyo-bazlı bir süksinat endüstrisi için beklentiler" Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 76, hayır. 4, s. 727–740, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  90. N. S. Samuelov, R. Lamed, S. Lowe ve I. G. Zeikus, “CO 2 - HCO 3 - seviyelerinin ve ph'ın büyüme, süksinat üretimi ve enzim aktiviteleri üzerindeki etkisi Anaerobiospirillum succiniciproducens,” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 57, hayır. 10, s. 3013–3019, 1991. Görüntüle: Google Akademik
  91. M. J. Vander Werf, M. V. Guettler, M. K. Jain ve J. G. Zeikus, “Actinobacillus sp. tarafından karbonhidrat fermantasyonu sırasında süksinat ürün oranını etkileyen çevresel ve fizyolojik faktörler. 130Z” Mikrobiyoloji Arşivleri, cilt. 167, hayır. 6, s. 332–342, 1997. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  92. P. Lee, S. Lee, S. Hong ve H. Chang, "Süksinik asit üreten yeni bir bakterinin izolasyonu ve karakterizasyonu, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E, sığır rumeninden" Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 58, hayır. 5, s. 663–668, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  93. D. G. Fraenkel, “Glikoliz”, içinde Escherichia koli ve Salmonella: Hücresel ve Moleküler Biyoloji, F. C.Neidhardt, Ed., ASM Press, Washington, DC, ABD, 1996. Görüntüle: Google Akademik
  94. K. Jantama, M. J. Haupt, S. A. Svoronos ve diğerleri. Escherichia koli Süksinat ve malat üreten C," Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 99, hayır. 5, s. 1140–1153, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  95. M.-K. Oh, L. Rohlin, K.C. Kao ve J.C. Liao, “Asetatla yetiştirilen ürünlerin küresel ifade profili Escherichia koli,” Biyolojik Kimya Dergisi, cilt. 277, hayır. 15, s. 13175–13183, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  96. K.C. Kao, L.M. Tran ve J.C. Liao, “Glukoneojenik genlerin küresel düzenleyici rolü Escherichia koli transkriptome ağ analizi ile ortaya çıktı” Biyolojik Kimya Dergisi, cilt. 280, hayır. 43, s. 36079–36087, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  97. R. Patnaik, W. D. Roof, R. F. Young ve J. C. Liao, “Glikoz katabolizmasının uyarılması Escherichia koli potansiyel bir nafile döngü ile” Bakteriyoloji Dergisi, cilt. 174, hayır. 23, s. 7527–7532, 1992. Görüntüle: Google Akademik
  98. X. Zhang, K. Jantama, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Reengineering Escherichia koli mineral tuz ortamında süksinat üretimi için” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 75, hayır. 24, s. 7807–7813, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  99. S. S. Ray ve M. Bousmina, "Biyobozunur polimerler ve bunların katmanlı silikat nano kompozitleri: 21. yüzyıl malzeme dünyasını yeşillendirmede" Malzeme Biliminde İlerleme, cilt. 50, hayır. 8, s. 962–1079, 2005. Görüntüleme: Google Akademik
  100. A. K. Agrawal ve R. Bhalla, “Poli(laktik asit) liflerinin üretimindeki gelişmeler. bir inceleme” Makromoleküler Bilim Dergisi-Polimer İncelemeleri C, cilt. 43, hayır. 4, s. 479–503, 2003. Görüntüleme: Google Akademik
  101. S. Benthin ve J. Villadsen, "Lactobacillus bulgaricus tarafından optik olarak saf D-laktat üretimi ve kristalizasyon ve sıvı/sıvı ekstraksiyonu ile saflaştırma" Uygulamalı Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji, cilt. 42, hayır. 6, s. 826–829, 1995. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  102. A. Demirci ve A. L. Pometto, “Lactobacillus-delbrueckii ATCC-9649 mutantları tarafından D(-)-laktik asidin geliştirilmiş üretimi” Endüstriyel Mikrobiyoloji Dergisi, cilt. 11, hayır. 1, s. 23–28, 1992. Görüntüle: Google Akademik
  103. D. G. Fraenkel, "Glikoliz", içinde Escherichia coli ve Salmonella: Hücresel ve Moleküler Biyoloji, F.C. Neidhardt, Ed., cilt. 1, bölüm 14, ASM Press, Washington DC, ABD, 2. baskı, 1996. Görüntüle: Google Akademik
  104. S. Zhou, T. B. Causey, A. Hasona, K. T. Shanmugam ve L. O. Ingram, "Metabolik olarak tasarlanmış mineral tuzlar ortamında optik olarak saf D-laktik asit üretimi Escherichia koli W3110” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 69, hayır. 1, s. 399–407, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  105. S. Zhou, K.T. Shanmugam, L.P. Yomano, T.B. Grabar ve L.O. Ingram, “%12 (w / v) glikozun 1.2 M laktata fermantasyonu Escherichia koli mineral tuzları ortamı kullanarak SZ194 suşu" Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 28, hayır. 9, s. 663–670, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  106. M. Cheryan, S. Parekh, M. Shah ve K. Witjitra, “Clostridium thermoaceticum tarafından asetik asit üretimi” Uygulamalı Mikrobiyolojideki Gelişmeler, cilt. 43, s. 1-33, 1997. Görüntüleme: Google Akademik
  107. C. Berraud, “Yığın besleme kültüründe yüksek konsantrasyonlu sirke üretimi” Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 22, hayır. 6, s. 451–454, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  108. S. N. Freer, “Dekkera/Brettanomyces mayaları ile asetik asit üretimi” Dünya Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji Dergisi, cilt. 18, hayır. 3, s. 271–275, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  109. S.Y. Lee, J.H. Park, S.H. Jang, L.K. Nielsen, J. Kim ve K.S. Jung, "Klostridia ile fermentatif bütanol üretimi" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 101, hayır. 2, s. 209–228, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  110. L. D. Mermelstein, E. T. Papoutsakis, D. J. Petersen ve G. N. Bennett, "Sentetik bir aseton operonu kullanarak aseton oluşum enzim aktivitelerinin arttırılmasıyla artan solvent üretimi için Clostridium acetobutylicum ATCC 824'ün metabolik mühendisliği" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 42, hayır. 9, s. 1053–1060, 1993. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  111. L. Harris, L. Blank, R.P. Desai, N.E. Welker ve E.T. Papoutsakis, "Bir inaktive edilmiş soIR geni ile Clostridium acetobutylicum'un rekombinant suşlarının fermantasyon karakterizasyonu ve akış analizi" Endüstriyel Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji Dergisi, cilt. 27, hayır. 5, s. 322–328, 2001. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  112. R. V. Nair, E. M. Green, D. E. Watson, G. N. Bennett ve E. T. Papoutsakis, "Clostridium acetobutylicum ATCC 824'te bütanol ve aseton oluşumu için sol lokus genlerinin varsayılan bir transkripsiyonel baskılayıcı tarafından düzenlenmesi" Bakteriyoloji Dergisi, cilt. 181, hayır. 1, s. 319–330, 1999. Görüntüle: Google Akademik
  113. R. P. Desai ve E. T. Papoutsakis, "Clostridium acetobutylicum'un metabolik mühendisliği için Antisens RNA stratejileri" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 65, hayır. 3, s. 936–945, 1999. Görüntüleme: Google Akademik
  114. N. E. Altaras ve D. C. Cameron, "Metabolik olarak tasarlanmış (R)-1,2-propandiolün gelişmiş üretimi Escherichia koli,” Biyoteknoloji İlerlemesi, cilt. 16, hayır. 6, s. 940–946, 2000. Görüntüleme: Google Akademik
  115. P. Soucaille, I. Meynial-Salles, F. Voelker ve R. Figge, "Mikroorganizmalar ve 1,2-propandiol ve asetol üretimi için yöntemler", WO, 2008, 2008/116853. Şurada görüntüleyin: Google Akademik
  116. J.H. Park, K.H. Lee, T.Y. Kim ve S.Y. Lee, “Metabolic Engineering of Escherichia koli transkriptome analizine ve in silico gen nakavt simülasyonuna dayalı L-valin üretimi için” Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 104, hayır. 19, s. 7797–7802, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  117. K.H. Lee, J.H. Park, T.Y. Kim, H.U. Kim ve S.Y. Lee, “Sistemlerin metabolik mühendisliği Escherichia koli L-treonin üretimi için” Moleküler Sistemler Biyolojisi, cilt. 3, makale 149, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  118. L. O. Ingram, P. F. Gomez, X. Lai ve diğerleri, "Etanol üretimi için bakterilerin metabolik mühendisliği" Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 58, hayır. 2-3, s. 204–214, 1998. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  119. Y. Kim, L. O. Ingram ve K. T. Shanmugam, “Construction of an Escherichia koli Yabancı genler olmadan glikoz veya ksilozun homoetanolojenik fermantasyonu için K-12 mutantı" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 73, hayır. 6, s. 1766–1771, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  120. L. O. Ingram, T. Conway, D. P. Clark, G. W. Sewell ve J. F. Preston, "Escherichia coli'de etanol üretiminin genetik mühendisliği" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 53, hayır. 10, s. 2420–2425, 1987. Görüntüleme: Google Akademik
  121. K. Ohta, D. S. Beall, J. P. Mejia, K. T. Shanmugam ve L. O. Ingram, “Genetic recovery of Escherichia koli etanol üretimi için: piruvat dekarboksilaz ve alkol dehidrojenaz II'yi kodlayan Zymomonas mobilis genlerinin kromozomal entegrasyonu," Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 57, hayır. 4, s. 893–900, 1991. Görüntüleme: Google Akademik
  122. L.P. Yomano, S.W. York, S. Zhou, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Re-engineering Escherichia koli etanol üretimi için” Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 30, hayır. 12, s. 2097–2103, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  123. A. Hasona, S.W. York, L.P. Yomano, L.O. Ingram ve K.T. Shanmugam, “Etanolik fermantasyon besiyerlerinde etil asetat seviyesinin düşürülmesi. Escherichia koli KO11, Pseudomonas putida estZ esteraz ifadesi ile," Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 68, hayır. 6, s. 2651–2659, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  124. K. Hofvendahl ve B. Hahn-Hagerdal, “Yenilenebilir kaynaklardan fermentatif laktik asit üretimini etkileyen faktörler” Enzim ve Mikrobiyal Teknoloji, cilt. 26, hayır. 2–4, s. 87–107, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  125. S.D. Zhou, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Functional replasman Escherichia koli Pediococcus acidilactici'den L-(+)-laktat dehidrojenaz geni (ldhL) ile D-(-)-laktat dehidrojenaz geni (ldhA)," Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 69, hayır. 4, s. 2237–2244, 2003. Görüntüleme: Google Akademik
  126. J. C. Parajó, H. Domínguez ve J. M. Domínguez, "Ksilitolün biyoteknolojik üretimi - bölüm 1: ksilitolün ilgisi ve biyosentezinin temelleri" Biyolojik kaynak teknolojisi, cilt. 65, hayır. 3, s. 191–201, 1998. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  127. T. Werpy ve G. Petersen, Eds., Biyokütleden En Yüksek Katma Değerli Kimyasallar: Cilt I—Şekerlerden ve Sentez Gazından Potansiyel Adaylar İçin Tarama Sonuçları, Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı, 2004.
  128. T. B. Kim ve D. K. Oh, "Kimyasal olarak tanımlanmış bir ortamda Candida tropikalis tarafından Xylitol üretimi" Biyoteknoloji Mektupları, cilt. 25, hayır. 24, s. 2085–2088, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  129. J.W. Chin, R. Khankal, C.A. Monroe, C.D. Maranas ve P.C. Cirino, “Ksilitol üretimi sırasında NADPH arzının mühendislik tarafından Escherichia koli,” Biyoteknoloji ve Biyomühendislik, cilt. 102, hayır. 1, s. 209–220, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  130. P. Hols, M. Kleerebezem, A.N. Schanck ve diğerleri, "Lactococcus lactis'in metabolik mühendislik yoluyla homolaktikten homoalanin fermentasyonuna dönüştürülmesi" Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 17, hayır. 6, s. 588–592, 1999. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  131. M. Ikeda, “Amino asit üretim süreçleri,” Biyokimya Mühendisliği/Biyoteknolojideki Gelişmeler, cilt. 79, pp. 1-35, 2003. Görüntüleme: Google Akademik
  132. C. E. Nakamura ve G. M. Whited, "1,3-propandiolün mikrobiyal üretimi için metabolik mühendislik" Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 14, hayır. 5, s. 454–459, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  133. T. Hanai, S. Atsumi ve J. C. Liao, “İzopropanol üretimi için tasarlanmış sentetik yol Escherichia koli,” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 73, hayır. 24, s. 7814–7818, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  134. D.-K. Ro, E. M. Paradise, M. Quellet ve diğerleri, "Mühendislik mayasında sıtma önleyici ilaç öncüsü artemisinik asidin üretimi" Doğa, cilt. 440, hayır. 7086, s. 940–943, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  135. Y. Yan, A. Kohli ve M.A.G. Koffas, "Saccharomyces cerevisiae'de doğal flavanonların biyosentezi" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 71, hayır. 9, s. 5610–5613, 2005. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  136. E. Leonard, Y. Yan ve M.A.G. Koffas, “Bitkiye özgü hidroksillenmiş flavonollerin biyosentezi için bir P450 flavonoid hidroksilazın fonksiyonel ifadesi. Escherichia koli,” Metabolik Mühendisliği, cilt. 8, hayır. 2, s. 172–181, 2006. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  137. E. Leonard, K.H. Lim, P.-N. Testere ve M. A. G. Koffas, “Üst düzey flavonoid üretimi için merkezi metabolik yollar tasarlamak. Escherichia koli,” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 73, hayır. 12, s. 3877–3886, 2007. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  138. A. L. de Boer ve C. Schmidt-Dannert, "Yeni kimyasal bileşikler üretmek için mikrobiyal hücrelerin mühendisliğindeki son çabalar" Kimyasal Biyolojide Güncel Görüş, cilt. 7, hayır. 2, s. 273–278, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  139. C. Schmidt-Dannert, D. Umeno ve F. H. Arnold, "Karotenoid biyosentetik yolların moleküler ıslahı" Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 18, hayır. 7, s. 750–753, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  140. G. Sandmann, “Heterolog bir konakta karotenoidlerin kombinatoryal biyosentezi: yeni yapıların biyosentezi için güçlü bir yaklaşım,” KimyaBiyoKimya, cilt. 3, hayır. 7, s. 629–635, 2002. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  141. M. Albrecht, S. Takaichi, S. Steiger, Z.-Y. Wang ve G. Sandmann, “Genç kombinasyonu ile üretilen gelişmiş antioksidan özelliklere sahip yeni hidroksikarotenoidler. Escherichia koli,” Doğa Biyoteknolojisi, cilt. 18, hayır. 8, s. 843–846, 2000. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  142. K. L. J. Prather ve C. H. Martin, "De novo biyosentetik yollar: mikrobiyal kimyasal fabrikaların rasyonel tasarımı" Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 19, hayır. 5, s. 468–474, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  143. S. Atsumi, T. Hanai ve J. C. Liao, "Biyoyakıt olarak dallı zincirli yüksek alkollerin sentezi için fermentatif olmayan yollar" Doğa, cilt. 451, hayır. 7174, s. 86–89, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  144. K. Zhang, M. R. Sawaya, D. S. Eisenberg ve J. C. Liao, "Doğal olmayan alkollerin biyosentezi için metabolizmayı genişletmek" Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, cilt. 105, hayır. 52, s. 20653–20658, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  145. R. Gonzalez, H. Tao, J.E. Purvis, S.W. York, K.T. Shanmugam ve L.O. Ingram, “Etanolojenikte etanol toleransına katkıda bulunan değişikliklerin gen dizisine dayalı tanımlanması Escherichia koli: KO11'in (ebeveyn) LY01 (dirençli mutant) ile karşılaştırılması” Biyoteknoloji İlerlemesi, cilt. 19, hayır. 2, s. 612–623, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  146. L.P. Yomano, S.W. York ve L.O. Ingram, “Etanol toleranslı mutantların izolasyonu ve karakterizasyonu Escherichia koli Yakıt etanol üretimi için KO11” Endüstriyel Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji Dergisi, cilt. 20, hayır. 2, s. 132–138, 1998. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  147. M. P. Brynildsen ve J. C. Liao, "Entegre bir ağ yaklaşımı, aşağıdakilerin izobütanol yanıt ağını tanımlar. Escherichia koli,” Moleküler Sistemler Biyolojisi, cilt. 5, makale 277, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  148. E. N. Miller ve diğerleri, “furfural dirençli etanolojenikte NADPH'ye bağlı oksidoredüktaz genlerinin (yqhD ve dkgA) susturulması Escherichia koli,” Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 75, hayır. 13, s. 4315–4323, 2009. Görüntüleme: Google Akademik
  149. A. Martinez, M. E. Rodriguez, M. L. Wells, S. W. York, J. F. Preston ve L. O. Ingram, "Lignoselülozun seyreltilmiş asit hidrolizatlarının kireçle detoksifikasyonu" Biyoteknoloji İlerlemesi, cilt. 17, hayır. 2, s. 287–293, 2001. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  150. R. Gonzalez, H. Tao, K.T. Shanmugam, S.W. York ve L. O. Ingram, “Etanolojenik transkriptom analizi Escherichia koli suşlar: etanole tolerans” 225. ACS Ulusal Toplantısı Tutanakları, P. U200, New Orleans, La, ABD, Mart 2003. Görüntüleme: Google Akademik
  151. E. N. Miller, L. R. Jarboe, P. C. Turner ve diğerleri, "Furfural, etanolojenik ortamda kükürt asimilasyonunu sınırlayarak büyümeyi engeller. Escherichia koli LY180 suşu" Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji, cilt. 75, hayır. 19, s. 6132–6141, 2009. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  152. L. M. Tran, M. L. Rizk ve J. C. Liao, "Metabolik ağların topluluk modellemesi" Biyofizik Dergisi, cilt. 95, hayır. 12, s. 5606–5617, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  153. P. D. Schloss ve J. Handelsman, "Metagenomiklerden biyoteknolojik beklentiler" Biyoteknolojide Güncel Görüş, cilt. 14, hayır. 3, s. 303–310, 2003. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  154. L. Jiang, E. A. Althoff, F. R. Clemente ve diğerleri, "De novo retro-aldol enzimlerinin hesaplamalı tasarımı" Bilim, cilt. 319, hayır. 5868, s. 1387–1391, 2008. Görüntüleme: Yayıncı Sitesi | Google Akademik
  155. V. Hatzimanikatis, C. Li, J.A. Ionita, C.S. Henry, M.D. Jankowski ve L. Broadbelt, “Karmaşık metabolik ağların çeşitliliğini keşfetmek” biyoinformatik, cilt. 21, hayır. 8, s. 1603-1609, 2005.Görüntüle: Yayıncı Sitesi | Google Akademik

Telif hakkı

Telif hakkı © 2010 Laura R. Jarboe ve diğerleri. Bu, Creative Commons Atıf Lisansı altında dağıtılan ve orijinal esere uygun şekilde atıfta bulunulması koşuluyla herhangi bir ortamda sınırsız kullanım, dağıtım ve çoğaltmaya izin veren açık erişimli bir makaledir.


Geleceğin Yükseklik Kontrol Teknikleri

Mekanik Şartlandırma. Hava hareketinin veya canlı veya cansız nesnelerle temasın neden olduğu tekrarlanan fırçalama, sallama veya bükülme gibi mekanik streslerin bitki büyümesini azaltabileceği uzun süredir bilinmektedir. Georgia Üniversitesi'nde Dr. Joyce Latimer tarafından yürütülen son araştırmalar, özellikle domates olmak üzere sebze transplantlarının yüksekliğini kontrol etmek için bu tekniğin ticari potansiyelini göstermiştir. Bu çalışma, kısmen, B-Nine'ın artık yenilebilir ürünlerde kullanım için kayıtlı olmadığı gerçeğiyle teşvik edildi. Ticari seralara uyarlanmış bir mekanik koşullandırma sistemi, sera boyunca bir çubuk çekmeyi içerir.

Şekil 2. Kadife çiçeği büyümesi, mahsul sırasında farklı zamanlarda gübrenin kısa sürelerle kesilmesinden etkilenir.

bitkilerin üst kısımları günde bir veya iki kez. Çıta, bitkilerle temas edecek kadar düşük, ancak bitkiler yaralanacak veya kökünden sökülecek kadar düşük değil. Bu sistemle yükseklikte %30 ila %40 oranında azalma bildirilmiştir. Diğer sistemler, periyodik çalkalama, üfleme havası arıtmaları veya su spreylerini içerir. Bunun çiçek yetiştiricilerine faydalı olması için çiçek bitkilerinin tepkisini belirlemek için araştırmalara ihtiyaç vardır.

Işık filtreleri. Bitki fizyologları, kırmızıdan uzak kırmızıya oranını değiştirmenin gövde uzamasını ve dallanmayı etkileyebileceğini bulmuşlardır. Kırmızı ışık, gövde uzamasını destekleyen uzak kırmızı ışığa kıyasla gövde uzamasını engeller. Kırmızı ışık ayrıca yanal tomurcuk büyümesini uyararak dallanmayı da destekler. Doğada kırmızı:uzak kırmızı oranında günlük ve mevsimsel değişiklikler vardır. Gün ortasında ve yaz aylarında doğal ışık, gün doğumu, gün batımı ve kıştan daha yüksek oranda kırmızıya sahiptir. Bitki kanopilerinin gölgeleme etkisi, uzak kırmızı ışığın oranını artıran oranı da değiştirir. Bu, bitkilerin çok yakın yerleştirildiğinde neden gerildiği konusunda önemli bir faktördür. Mevcut araştırmalar, bitki boyunu ve dallanmayı kontrol etmek için kırmızı: uzak-kırmızı dengesini değiştiren sera örtülerinin geliştirilmesine yöneliktir.


Kimyasal üretimin büyümeyle birleştirilmesi neden arzu edilir? - Biyoloji

Canlılar büyür ve çoğalırlar. Büyüme, üreme için materyal üretmenin bir yoludur. Üreme, büyüyebilen yeni organizmalar yapmanın bir yoludur. Böylece, her organizmanın görünen "amacı", mevcut dünyayı kendi yavrularıyla, yani "ben"le doldurmaktır. Her kalıtım biriminin kendisinin, her genin bu şekilde bencil olduğu öne sürülmüştür. Bir popülasyonun mevcut tüm bireylerine yayılma şansını artıracak şekilde hareket eder. Diğer genler bunda yardımcı oluyorsa, iyi. Değilse, işbirliği yapmayın.

Canlıların ayırt edici özelliği olan genişlemeye yönelik akılsızca hareket, yaşam tarihinin başlarında icat edilmiş bir programdır. Çok başarılı olduğu kanıtlanmıştır. (Ekonomik dünyada yaşayan kuruluşlar için başarılı bir program olarak serbest piyasa tarafından yeniden icat edildi.) Programın amacına asla ulaşılamaz, çünkü organizmalar varlıkları için birbirlerine bağımlıdır. Böylece, her organizmanın büyümesiyle ilgili her şeyi dengede tutan bir "olumsuz geribildirim" vardır. Son zamanlarda insanlar, nüfus artışına (hastalık veya gıda eksikliği gibi) ilişkin olumsuz geri bildirimlerden kaçınma veya bunları etkisiz hale getirme konusunda özellikle başarılı oldular. Sonuç olarak, çevrenin insanlarla doldukça arzu edilen özelliklerini kaybettiğini ve kaynakların kıtlaştığını keşfettiler. Bu keşif, "olumsuz sonuçları olmayan büyüme" olarak tercüme edilebilecek "sürdürülebilir kalkınma" kavramının ortaya çıkmasına neden olmuştur. Diğer tüm organizmalarla paylaştığımız akılsız genişleme dürtüsünün, kaynak eksikliği nedeniyle durdurulmadan önce akıllı iç geri bildirimlerle kontrol edilip edilemeyeceği henüz görülecek.

Tüm büyüme, dış maddenin temellük edilmesine, yani bir şekilde "yemek yemeye" bağlıdır. Ekolojistler, organizmaların çeşitli yeme biçimlerini sınıflandırmışlardır (tümü stil açısından Yunancadır):

Başkalarını (diğer yiyiciler) yiyen organizmalara "hetero-troflar" denir. Bu oksijenli bir ortamda gerçekleşirse ve oksijen gıdayı "yakmak" için kullanılırsa, "aerobik solunum"dan söz ederiz. Biz insanlar heterotroflarız ve vücudumuzu korumak için aerobik solunum kullanırız. (Oksijeni içeri sokar ve karbondioksiti dışarı veririz.) Diğer heterotroflar, yiyecekleri işlemek için anaerobik solunum kullanabilirler (nitrat veya sülfat gibi moleküllerden oksijeni sıyırırlar) veya fermentasyon kullanabilirler (organik molekülleri parçalayıp parçaları yeniden düzenlerler, maya gibi). Yeni organik madde (kendi kendini besleyen) oluşturmak için güneş ışığını kullanarak kendilerini besleyen organizmalara foto-oto-troflar denir. Normal olarak, bunu yaparken oksijen üretilir ("oksijenik fotosentez"), fotosentetik denklemde açıklandığı gibi. Başkalarını yemekten veya güneş ışığını kullanarak kendini beslemekten başka, geçimini sağlamanın üçüncü bir yolu, sentez için bir enerji kaynağı olarak (güneş ışığı yerine) kimyasal gradyanları kullanmaktır. Bu tür organizmalara "kemo-oto-troflar" denir. Hepsi geniş anlamda ("arkea") özel bir bakteri sınıfının mikroplarıdır ve kimyasal olarak olağandışı ortamlarla (yüksek asidik, kükürt bakımından zengin, vb.) başa çıkmak için özel uyarlamalara sahiptirler. "Anaerobik" olanlar (yani, mevcut moleküler oksijen yoktur) ve "aerobik" olanlar (yani, yerel kimyayı değiştirmek ve enerji üretmek için mevcut moleküler oksijeni kullanırlar) vardır. Anaerobik formlar arasında örneğin metan ve sülfür üreticileri bulunur. (Sığırların bağırsaklarında oluşan metan sülfür çürük yumurta kokusuna neden olur). Aerobik formlar arasında sülfür oksitleyiciler ve demir oksitleyiciler bulunur. (İlki madenlerden gelen asidik akışı üretir. İkincisi ıslak kayalarda pas üretir.)


Çayırda Düğün Çiçeği Görmekten Bıktınız mı?

Her bahar meralarınıza/saman tarlalarınıza bakmaktan ve o “sarı denizi” görmekten bıktınız mı? Baharın geldiğinin işaretlerinden biri, düğün çiçeğinin sarı çiçeklerinin görünmeye başladığı zamandır, ancak düğün çiçeğinin vejetatif büyümesi kış aylarında gerçekleşir. Serin bir mevsim otu olarak, bu bitki genellikle, arzu edilen yemlerin zayıf standları ile otlatılan mera alanlarında gelişir. Aslında, yoğun düğün çiçeği popülasyonuna sahip birçok alan, ilkbahar ayları boyunca sonbaharda hayvanlar tarafından yoğun bir şekilde otlatılan alanlardır. Buttercups bazen kısa ömürlü uzun ömürlü olarak sınıflandırılır, ancak genellikle kışlık yıllıklar olarak büyür.

Buttercup, tüm çiftlik hayvanları için zehirlidir. Toksin protanemonin bitki çiğnendiğinde veya başka bir şekilde yaralandığında salınır ve bitkinin her yerinde bulunur. Düğün çiçeği yiyen hayvanlar, ağızda ve gastrointestinal sistemin iç kısımlarında kabarcıklanma, ishal, kolik ve ciddi vakalarda ölümden muzdarip olabilir. Neyse ki, çoğu hayvan düğün çiçeğini yemez çünkü lezzetli değildir. Kurutulduğunda toksin etkisiz hale gelir, bu nedenle düğün çiçeği samanda bir endişe değildir.

Düğün çiçeği bitkilerinin çoğu, sonbaharda veya kış sonlarında tohumdan çıkar. Bu nedenle, bu aylarda arzu edilen bitkilerin büyümesini iyileştiren ve teşvik eden mera yönetimi uygulamaları, bu bitkinin ortaya çıkması ve büyümesine karşı rekabet etmeye yardımcı olacak en iyi yöntemlerden biridir. Tarlaları veya bitkileri toprağa yakın budama düğün çiçeği bitkileri çiçek üretmeden önce erken ilkbaharda üretilen yeni tohum miktarını azaltmaya yardımcı olabilir, ancak tek başına biçme tohum üretimini tamamen ortadan kaldırmaz.

Kimyasal kontrol için, 2,4-D içeren otlaklarda kullanım için kayıtlı herbisitler düğün çiçeğini etkili bir şekilde kontrol edecektir. Diğer yabani otlara bağlı olarak dicamba+2,4-D (örn. Weedmaster), aminopiralid (örn. ForeFront, Milestone), triklopir (örn. PastureGard, Crossbow) veya metsulfuron (örn. Cimarron) içeren ürünler de kullanılabilir. . Bununla birlikte, otlaklarla ekilen yonca gibi baklagiller, bu herbisit ürünleri tarafından ciddi şekilde yaralanabilir veya ölebilir. Optimum sonuçlar için, ilkbaharın başlarında (Şubat – Nisan), düğün çiçeği bitkilerinin hala küçük ve aktif olarak büyüdüğü çiçekler görülmeden önce bir herbisit uygulayın. En iyi herbisit aktivitesi için, birbirini izleyen iki ila üç gün boyunca gündüz hava sıcaklıklarının 50 F'nin üzerine çıkmasını bekleyin. Operasyonunuz için hangi ürünün en iyi olduğunu belirlerken, bu ürünler arasında büyük farklılıklar gösterdiğinden, otlatma ve samanlama kısıtlamaları hakkındaki ayrıntıları öğrenmek için ürün etiketlerini okuduğunuzdan emin olun.

Etkili bir yabani ot kontrol programı, yüksek verimli meraların ve hayvan performansının oluşturulması ve sürdürülmesi için esastır. “Bir ons önleme, bir kilo tedaviye bedeldir.” İyi adapte olmuş, hızla büyüyecek ve yerleşecek olan ot ve/veya baklagil türlerini seçin. Bu, yabani otların kolayca istila etme süresini en aza indirecektir. Toprak testi tavsiyelerine göre kireçleyin ve gübreleyin. Uygun pH ve besin durumu, yemin hızla büyümesini ve yabani otlarla daha rekabetçi olmasını sağlamaya yardımcı olacaktır. Otlatmayı doğru yönetin. Aşırı otlatma, yabancı ot sorunlarının yaygın bir nedenidir. Ağır otlatma baskısı, otların üzerinde ot büyümesini destekleyebilir. Yabani ot sorunlarını ve yerini belirleyin ve yabani ot kontrolü için (mekanik, kimyasal veya otlatma yönetimi) hangi seçeneği veya seçenekler kombinasyonunu kullanmayı planladığınızı seçin, ancak en önemlisi bunu uygulamaya koymak ve sonucu değerlendirmektir.

Mississippi Eyalet Kooperatifi Uzatma

Maryland Kooperatifi Uzatma


Sakaroz molekülü

Büyütmek için resme tıklayın

Şekil 1. Sükroz, glikoz ve fruktoz adı verilen iki basit şeker arasındaki kimyasal reaksiyondan üretilir.

Anthony Fernandez

Büyütmek için resme tıklayın

Şekil 2. Bir sakaroz molekülünün boşluk doldurma modeli

Shutterstock

Bir şeker kristalinde, sakaroz molekülleri, üç boyutta da uzanan tekrar eden bir düzende düzenlenir ve bu moleküllerin tümü, moleküller arası kuvvetler tarafından birbirine çekilir; bu, molekülleri birbirine bağlayan ve aralarındaki bağlardan daha zayıf olan bir etkileşim türüdür. bir moleküldeki atomlar.

Suya toz şeker eklediğinizde, sakaroz moleküllerinin bir kısmı su moleküllerini çektikleri için birbirlerinden ayrılmaya başlarlar (Şekil 3). Su ve sakaroz molekülleri birbirine yakın olduklarında, sakaroz molekülleri arasındaki moleküller arası kuvvetlere benzer moleküller arası kuvvetler yoluyla etkileşirler.

Büyütmek için resme tıklayın

Figür 3. Suya toz şeker eklendiğinde, su molekülleri moleküller arası kuvvetler yoluyla sakaroz moleküllerine çekildiği için parçalanır. Sonuç olarak, her sakaroz molekülü su molekülleri ile çevrilidir ve çözeltiye taşınır.

Çözünme işlemi iki adımı içerir: Birincisi, su molekülleri sakaroz moleküllerine bağlanır ve ikincisi, su molekülleri sakaroz moleküllerini kristalden uzaklaştırarak çözeltiye çeker.

Genel olarak, belirli bir hacim ve sıcaklıkta suda yalnızca belirli bir miktarda katı çözünebilir. Bu miktardan fazlasını eklersek, o katıdan daha fazlası çözülmez. Bu aşamada çözümün şu olduğunu söylüyoruz. doymuş. Ek katı sadece kabın dibine düşer.

Neden böyle? Eğer sakaroz ve su moleküllerini görebilseydiniz, başlangıçta, suya az miktarda toz şeker eklediğinizde, sakaroz moleküllerinin çoğunun şeker kristallerini terk ettiğini fark ederdiniz. su molekülleri. Ayrıca, çözünmüş sakaroz moleküllerinden bazılarının da kristalleştiğini, yani sadece sakaroz moleküllerinin şeker kristallerini terk ettiğini değil, aynı zamanda diğer sakaroz moleküllerinin de şeker kristallerine yeniden katıldığını fark edeceksiniz (Şekil 4). Bunun nedeni, sükroz moleküllerinin çözelti içinde sürekli hareket etmesidir, bu nedenle bazılarının şeker kristallerindeki sükroz moleküllerine yeniden bağlanmasını hiçbir şey engelleyemez. Bununla birlikte, çözülme hızı kristalleşme hızından daha büyüktür - en azından çözelti doyana kadar - bu nedenle şeker kristalleri genel olarak suda çözülmüş halde kalır.

Büyütmek için resme tıklayın

Şekil 4. Bir bardak suya bir şeker kristali eklendiğinde, bazı sakaroz molekülleri kristalden ayrılırken diğerleri kristale katılır. Kristalin suda çözülüp çözülmediği veya boyutunda büyüyüp büyümediği, kristali çözen ve kristali terk eden nispi sükroz moleküllerinin sayısı ile çözeltiden ayrılan ve kristale katılan sükroz moleküllerinin sayısı karşılaştırılarak belirlenir.

Çözeltiye daha fazla toz şeker ekledikçe, çözünme hızı azalır ve kristalleşme hızı artar, bu nedenle bir noktada her iki hız da eşittir. Başka bir deyişle, sakaroz moleküllerinin sayısı ayrılmak kristaller sakaroz moleküllerinin sayısı ile aynıdır birleştirme kristaller. Çözelti doyduğunda olan budur.

Sonuç olarak, bu noktayı geçtikten sonra, daha fazla şeker kristali eklersek, çözünme süreci devam edecek, ancak yeniden kristalleşme süreci ile tam olarak dengelenecektir. Böylece şeker kristalleri artık suda çözülemez. Bu durumda kristaller ve çözelti dinamik dengededir. Bu, sakaroz molekülleri çözelti ve kristaller arasında sürekli olarak yer değiştirse bile kristallerin boyutunun aynı kaldığı anlamına gelir.

Akide şekeri yapmak için başlangıçta oda sıcaklığında suda çözülebilecek şekerden daha fazla şeker kullandık (bir su bardağı su için üç su bardağı şeker). Tüm bu şekeri eritmenin tek yolu suyu ısıtmaktır, çünkü sıcaklığın artması suda daha fazla şekerin çözülmesine neden olur. Başka bir deyişle, dinamik denge sıcaklıktaki bir değişiklikten etkilenir. Sıcaklığı arttırırsak çözünme sürecini arttırırız ve sıcaklığı düşürürsek çözünme sürecini azaltırız.

Kristalleşme süreci, dengeden uzaklaşan bir sistemin kaymaya karşı tepki vererek dengeyi yeniden sağlamak için hareket ettiğini belirten Le Châtelier ilkesiyle açıklanır. Böylece sıcaklıktaki bir artış, sıcaklığı düşürmek amacıyla sistemin enerjisini düşürmesine neden olur. Kimyasal bağların parçalanması her zaman enerjiyi emdiği için, sistemi soğutur, böylece daha fazla sakaroz molekülü parçalanır ve çözeltide çözülür.

Çözelti soğuduğunda ne olur? Bu noktada şeker kristallerinin oluştuğunu görüyoruz. Bu aynı zamanda Le Châtelier ilkesiyle de açıklanır: Sıcaklıktaki bir düşüş, sıcaklığı yükseltmek amacıyla bir sistemin enerji üretmesine neden olur. Kimyasal bağların oluşumu her zaman enerji açığa çıkardığından, sıcaklığı artırmak için daha fazla sakaroz molekülü kristale katılacak. Bu, sıcaklık düştüğünde kristallerin neden oluştuğunu açıklar.

Doymuş çözelti soğumaya başladığında aşırı doymuş hale gelir. Aşırı doymuş bir çözelti kararsızdır - çözeltide kalabileceğinden daha fazla çözünen (bu durumda şeker) içerir - bu nedenle sıcaklık düştükçe şeker çözeltiden çıkar ve kristaller oluşturur. Sıcaklık ne kadar düşük olursa, şeker kristallerine o kadar fazla molekül katılır ve akide şekeri bu şekilde oluşturulur.


Yatırımcılar için ne anlama geliyor?

Bir adım geri atıp Intrexon'un gaz fermantasyon platformu hakkında yaptığı her iddiayı değerlendirirseniz, teknolojinin vaat edilen ezber bozan statüsü parlaklığını kaybetmeye başlar. Şirket, mevcut teknolojilerle zayıf karşılaştırmalar yapıyor ve şu anda geliştirmekte olduğu dört kimyasaldan en az üçünü yapmak için gerçek bir avantajı yok gibi görünüyor.

Şirket 1,4-BDO ve 2,3-BDO için üretim ölçeğine geldiğinde -- bundan yıllar sonra -- geleneksel fermantasyon kullanan mevcut proseslerin halihazırda önemli bir pazar payı kazanmış olması ve proses maliyetlerini aşağıya çekmesi muhtemeldir. geleneksel petrokimya süreçlerinde olduğu gibi. Artı işaretlerindeki diğer kimyasallar zaten sağlıklı sınırlarda seri olarak üretiliyor ve yeni bir gaz fermantasyon sürecinin teknik riski ile gelmiyor. Intrexon'un vizyonu kağıt üzerinde harika görünse de, yatırımcıların, yönetimin ve Wall Street analistlerinin gözden kaçırdığı pek çok engel var.


Videoyu izle: Antarktika. Buzulların Altında Ne Var? (Ağustos 2022).