1. Transkriptionsreglering:
- Transkriptionsfaktorer:Mikroorganismer kan producera transkriptionsfaktorer som specifikt binder till DNA och främjar eller undertrycker transkriptionen av vissa gener. Dessa transkriptionsfaktorer kan aktiveras eller inhiberas av olika miljösignaler eller metaboliska mellanprodukter. Till exempel kan närvaron av ett specifikt substrat eller biprodukt utlösa uttrycket av gener involverade i dess metabolism eller avgiftning.
2. mRNA-stabilitet:
- Riboswitchar:Riboswitchar är cis-verkande RNA-element som ligger inom den 5' otranslaterade regionen (UTR) av mRNA-transkript. De kan binda till specifika metaboliter eller ligander och reglera tillgängligheten för ribosombindningsstället, och därigenom kontrollera translationen av nedströmsgenen. Till exempel kan riboswitchar känna av tillgängligheten av vissa näringsämnen, såsom glukos eller aminosyror, och modulera uttrycket av gener involverade i deras upptag och metabolism.
3. Översättningsregler:
- Små regulatoriska RNA (sRNA):sRNA är små icke-kodande RNA-molekyler som reglerar genuttryck genom att binda till mRNA från målgener och störa deras translation. De kan hämma translation eller inducera mRNA-nedbrytning. sRNA kan produceras av värdmikroorganismen eller till och med av de mikrobiella medlemmarna som är involverade i bioraffinaderiprocessen.
4. Kvorumsavkänning:
– Mikrobiella bioraffinaderier involverar ofta mikrobiella samhällen. Quorum sensing är en cell-till-cell kommunikationsmekanism som används av många mikroorganismer för att koordinera deras beteende. Det tillåter det mikrobiella samhället att känna av dess täthet och reagera kollektivt. Till exempel, när en viss tröskel för en specifik signalmolekyl nås, kan det utlösa uttrycket av gener involverade i biofilmbildning, antibiotikaproduktion eller andra metaboliska aktiviteter som är avgörande för bioraffinaderiprocessen.
5. Metabolisk reglering:
- Återkopplingsinhibering och induktion:Metaboliska vägar regleras av återkopplingsmekanismer. Slutprodukter eller intermediärer kan hämma aktiviteten hos tidigare enzymer i vägen, vilket förhindrar ackumulering av överskott av metaboliter. Omvänt kan substrat inducera uttrycket av gener som kodar för enzymer involverade i deras metabolism, vilket säkerställer ett effektivt utnyttjande av tillgängliga resurser.
6. Miljöavkänning:
- Tvåkomponentsystem:Många mikroorganismer använder tvåkomponentsystem för att känna av och reagera på miljöförändringar. Dessa system består av ett transmembransensorprotein som detekterar externa signaler och en cytoplasmatisk responsregulator som modulerar genuttryck. Sensorproteinet kan aktiveras genom att binda till specifika ligander, vilket leder till transkriptionella förändringar som anpassar den mikrobiella metabolismen till de rådande förhållandena.
7. CRISPR-Cas-system:
– CRISPR-Cas-system är adaptiva försvarsmekanismer som finns i många bakterier och arkéer. De spelar en roll i genreglering genom att rikta in sig på och tysta specifika DNA-sekvenser. I vissa mikrobiella bioraffinaderiapplikationer kan CRISPR-Cas-system konstrueras för att reglera uttrycket av gener involverade i bioproduktsyntes eller metabola vägar.
Det är viktigt att notera att de reglerande mekanismerna som används av mikrobiella bioraffinaderier är mycket olika, påverkade av de specifika mikroorganismerna som är involverade, substraten och produkterna av intresse och det övergripande metaboliska nätverket. Systembiologiska tillvägagångssätt, såsom metabolisk modellering i genomskala och transkriptomik, används ofta för att förstå och optimera de reglerande mekanismerna inom mikrobiella bioraffinaderier för förbättrad prestanda och produktivitet.
