En ny metod som utvecklats av en grupp forskare vid Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) vid University of Illinois kan förändra hur metabolisk teknik görs.

Forskare från IGB:s forskningstema Biosystems Design, inklusive Steven L. Miller ordförande i kemisk och biomolekylär teknik Huimin Zhao, publicerade nyligen ett papper i Naturkommunikation som beskriver deras nya metod, vilket skulle kunna göra metabola processer mer effektiva.

Metabolisk teknik involverar konstruktion av mikroorganismer för att producera mervärdesprodukter som biobränslen och kemikalier. Detta uppnås genom att ändra eller radera uttrycket av gener för att modifiera mikroorganismens genom. I denna process, flera mål i genomet modifieras för att uppnå specifika mål.

"Vi kan enkelt hitta flera metaboliska tekniska mål för att förbättra den önskade fenotypen, "sa Jiazhang Lian, en gästforskningsassistent vid IGB som är medförfattare till uppsatsen. "Hur man kombinerar dessa fördelaktiga genetiska modifieringar är en av de största utmaningarna inom ämnesomsättningsteknik."

Traditionellt, forskare testar dessa mål individuellt i en rad tidskrävande steg. Dessa steg begränsar produktiviteten och slutproduktens utbyte - två avgörande komponenter i metabola process.

Forskarna bestämde sig för att skapa en metod som kombinerar alla dessa steg och utför dem samtidigt, gör processen snabbare och enklare.

De baserade denna metod på CRISPR -systemet, en metod för genetisk manipulation som använder en uppsättning DNA -sekvenser för att modifiera gener i en cell.

Detta system använder tre genetiska manipulationer som ofta används inom metabolisk teknik:transkriptionell aktivering, transkriptionell störning, och genradering.

Genom att använda dessa manipulationer samtidigt, forskare kan utforska olika kombinationer av manipulationer och upptäcka vilken kombination som är bäst.

"Vi kan nu arbeta med 20 mål, "Zhao sa." Vi kan genomföra alla dessa (manipulationer) för varje mål på ett kombinatoriskt sätt för att ta reda på vilken kombination som faktiskt ger oss högre produktivitet eller utbyte av den slutliga produkten. "

Forskarna testade metoden i en jästart som används vid vinframställning, bakning, och produktion av biobränslen. De visade att användning av denna metod kan förbättra produktionen av en specifik produkt.

Deras system, kallas CRISPR-AID, gör det möjligt för forskare att enkelt utforska alla möjliga målkombinationer. Men nyckeln är att hitta den optimala kombinationen.

"Om vi ​​jämför metabolisk teknik med ett basketlag, vi kan inte bygga upp ett starkt lag genom att helt enkelt sätta ihop de bästa spelarna, "Sa Lian." Istället vi borde försöka hitta dem som kan samarbeta och arbeta synergistiskt. "

Deras nya system öppnar tusentals - till och med miljoner - möjligheter, vilket utgör en annan logistisk utmaning.

De planerar att hitta de bästa kombinationerna genom att utveckla en screeningmetod med hög genomströmning eller använda ett robotsystem som iBioFAB, ett system i IGB som automatiskt producerar syntetiska biosystem.

"Jag tror att kombinationen av CRISPR-AID med hög genomströmningsscreening och iBioFAB kommer att väsentligt främja ämnesomsättningsteknikområdet inom en nära framtid, "Sa Lian.

Zhao hoppas kunna testa sin metod på andra organismer, använder samma tekniska principer men ändrar protokollet för olika organismer.

Så småningom, de hoppas kunna sträcka sig till genomskalan - för att kunna testa alla gener i en organism på en gång - vilket skulle vara ett avsevärt språng inom ämnesomsättningen.

"Om vi ​​kan göra det, vi kan göra det riktigt modulärt och också standardisera proceduren, "Sa Zhao." Då ökar vi verkligen genomströmningen och hastigheten på ämnesomsättningsteknik. "

Flera forskningsinsatser syftar till att konstruera mikroorganismer för produktion av biobränslen och kemikalier, så alla verktyg som kan påskynda processen är betydande. Zhao tror att detta är sant för deras metod.

"Det är inte bara en stegvis förbättring, "sa han." Det är ett nytt sätt att göra ämnesomsättningsteknik. "