Hållbara flygbränslen tillverkade av förnybara kolkällor kan minska koldioxidutsläppen och bidra till att mildra klimatförändringarna. Isoprenol är en kemikalie som är involverad i produktionen av en jetbiobränsleblandning som kallas 1,4-dimetylcyklooktan (DMCO). Blendstocks är kemikalier som kombineras med andra kemikalier för att skapa bränsle. Forskare har producerat isoprenol i flera mikrobiella värdar.
Ansträngningar för att göra hållbart flygbränsle skulle dock gynnas om isoprenol kunde tillverkas i mikroorganismer som använder fermenterbara sockerarter från växtmaterial som kolkälla. Bakterien Pseudomonas putida (P. putida) kan vara en sådan mikroorganism, men den behöver ingenjörskonst för att vara ett optimalt val. I denna forskning använde forskare avancerade datorverktyg för att konstruera P. putida för isoprenolproduktion.
Uppsatsen är publicerad i tidskriften Metabolic Engineering .
Forskare använde beräkningsmodellering för att förutsäga mål för genredigering och för att optimera metabolismen i P. putida för att maximera produktionen av isoprenol. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för forskarna att välja och prioritera genredigeringsmål och därför testa ett mindre antal konstruerade stammar.
De uppnådde den högsta rapporterade isoprenolproduktionen för P. putida. Detta är ett viktigt steg mot en hållbar bioproduktionsprocess för flygbränsle.
Forskare använde en blandning av beräkningsmodellering och stamteknik för att optimera isoprenolproduktionen i P. putida. De använde flera genom-skala metaboliska modellbaserade tillvägagångssätt för att förutsäga och prioritera gen knockout-mål som skulle leda till ökade isoprenolutbyten. Detta gjorde det möjligt för dem att minska antalet mål de eftersträvade.
Dessutom tillämpade de kända genetiska redigeringar för att ytterligare förbättra isoprenolproduktionen och använde proteomik för att optimera processen.
Forskningen uppnådde en 3,5 gram per liter isoprenolproduktionstiter, den högsta rapporterade för P. putida. Forskarna drog slutsatsen att deras vägoptimering därför resulterade i en 10-faldig förbättring av isoprenol i P. putida.
Forskarna föreslår att ytterligare förbättringar måste göras för att förbättra isoprenolutbytet för industriella tillämpningar. Kommersiell produktion av isoprenol och DMCO i kommersiell skala kräver fortfarande ytterligare förbättringar, såsom införandet av CRISPR-genredigering och andra bioprocessteknologier.
Mer information: Deepanwita Banerjee et al, Genome-scale and pathway engineering för den hållbara isoprenolproduktionen av flygbränsleprekursor i Pseudomonas putida, Metabolic Engineering (2024). DOI:10.1016/j.ymben.2024.02.004
Tillhandahålls av US Department of Energy
