En forskargrupp från KAIST färdigställde en metabolisk karta som kartlägger alla tillgängliga strategier och vägar för kemiska reaktioner som leder till produktion av olika industriella biobaserade kemikalier.

Teamet leddes av den framstående professorn Sang Yup Lee, som har producerat högkvalitativ metabolisk ingenjörs- och systemteknisk forskning i decennier, och gjorde den kännetecknande kemikaliekartan efter sju års studier.

Teamet presenterade en mycket detaljerad analys av metabolisk ingenjörskonst för produktion av ett brett utbud av industriella kemikalier, bränslen, och material. Att kartlägga de nuvarande trenderna inom biobaserad produktion av kemikalier inom industriell bioteknik, teamet undersökte grundligt den aktuella statusen för industrikemikalier som producerats med hjälp av biologiska och/eller kemiska reaktioner.

Denna omfattande karta förväntas fungera som en ritning för visuell och intuitiv inspektion av biologiska och/eller kemiska reaktioner för framställning av intresse från förnybara resurser. Teamet sammanställde också en medföljande affisch för att visuellt presentera kemikaliers syntetiska vägar i samband med deras mikrobiella metabolism.

När metabolisk ingenjörskonst har blivit allt mer kraftfull när det gäller att hantera begränsade fossila resurser, klimatförändring, och andra miljöfrågor, antalet mikrobiellt producerade kemikalier som använder biomassa som kolkälla har ökat avsevärt. Den hållbara produktionen av industriella kemikalier och material har utforskats med mikroorganismer som cellfabriker och förnybar icke-livsmedelsbiomassa som råmaterial för alternativ petroleum. Konstruktionen av dessa mikroorganismer har blivit allt mer effektiv och effektiv med hjälp av metabolisk ingenjörskonst – en teknik där man använder metabolismen av levande organismer för att producera en önskad metabolit.

Med etableringen av systemmetabolisk ingenjörskonst – integrationen av metabolisk teknik med verktyg och strategier från systembiologi, syntetisk biologi och evolutionär ingenjörskonst – hastigheten med vilken mikroorganismer konstrueras har nått en oöverträffad takt.

För att utvärdera det nuvarande tillståndet där metaboliskt framställda mikroorganismer kan producera en stor portfölj av industriella kemikalier, teamet genomförde en omfattande granskning av litteraturen och kartlade den på en affisch. Denna resulterande affisch, kallas den biobaserade kemikaliekartan, presenterar syntetiska vägar för industriella kemikalier, som består av biologiska och/eller kemiska reaktioner.

Industriella kemikalier och deras produktionsvägar presenteras i samband med centrala kolmetaboliska vägar eftersom dessa nyckelmetaboliter fungerar som prekursorer för de kemikalier som ska produceras. Den resulterande biokemiska kartan tillåter detektering och analys av optimala syntetiska vägar för en given industriell kemikalie. Förutom affischen, författarna har sammanställt en lista över kemikalier som framgångsrikt har framställts med hjälp av mikroorganismer och en lista över motsvarande företag som tillverkar dem kommersiellt. Denna grundliga genomgång av litteraturen och den åtföljande analytiska sammanfattningen kommer att vara en viktig resurs för forskare som är intresserade av produktion av kemikalier från förnybara biomassakällor.

Metaboliskt framställda mikroorganismer har redan gjort ett stort bidrag till hållbar produktion av kemikalier med förnybara resurser. Professor Lee sa att han ville ha en detaljerad undersökning av det nuvarande tillståndet och kapaciteten för produktion av biobaserade kemikalier.

"Vi är så glada att den här recensionen och affischen kommer att utöka diskussionen om produktion av viktiga kemikalier genom konstruerade mikroorganismer och även kombinerade biologiska och kemiska metoder på ett mer hållbart sätt, " han förklarade.