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发现可以导致生物工程应用中更快的生长和更高的细胞密度

2019-01-08 15:40:57 • 来源：

塔夫茨大学的研究人员创造了一种转基因酵母，可以更有效地消耗新的营养素，木糖，使酵母生长更快，细胞密度更高，从而为工业新合成生物的设计提供了明显更快的前景。根据今天发表在Nature Communications上的一项研究，应用程序。

发现可以导致生物工程应用中更快的生长和更高的细胞密度

在合成生物学中，细菌或酵母等生物可以在喂养养分时转化为“小型工厂”，生产从药品到工业化学品和生物燃料的各种产品。然而，一个重要的挑战是将丰富的原料有效转化为最终产品，特别是当原料不是细菌或酵母通常“吃”的时候。

在这项研究中，研究人员指出，当营养代谢途径与下游途径的应激反应，细胞生长和细胞生长相关时，改变生物体以组成性地消耗新营养素(即没有“关闭开关”)的常规方法可导致效率低下。其他对机体健康很重要的功能。

采取不同的方法，研究人员采取了一套调节基因，称为GAL调节子，通常处理半乳糖 - 酵母菜单中的一种营养素 - 并用一些基因替换，并用直接激活的基因取代木糖的分解。GAL调节子中的所有其他基因均未改变。通过这样做，他们保持了控制喂养的基因和控制生存的基因之间更自然的相互作用。新的合成调节子，称为XYL，使酵母细胞能够更快地生长并达到更高的细胞密度。

塔夫茨大学化学与生物工程助理教授Nikhil U. Nair博士说：“我们不是从头开始构建代谢框架，而是可以对现有的调节因子进行逆向工程，使生物体能够在新的营养物质上茁壮成长。”和本研究的通讯作者。“适应天然调节子可以更快地为工业应用设计新的合成生物。”

一种这样的应用是生产乙醇作为生物燃料。人们担心将大部分作物(如玉米)转用于生物燃料生产可能会对粮食供应的可获得性和成本产生负面影响。然而，木糖是衍生自植物材料的其他难以消化的部分的糖。发酵木糖的能力可以是生物燃料生产的途径，不与食物供应竞争。

作为研究的一部分，奈尔和他的团队仔细研究了木糖食用酵母菌的存活率的确切变化。他们发现在XYL调节子控制的酵母中激活了许多基因，这些基因上调了与生长相关的途径，如细胞壁维持，细胞分裂，线粒体生物合成和三磷酸腺苷(ATP)的产生。具有组成型(主要是不受调节的)木糖代谢控制的酵母菌株触发了与细胞应激，饥饿和DNA损伤相关的途径。

“我们的研究将这种方法应用于木糖，但它提出了一个更广泛的原则 - 使天然调节剂适应其他非天然糖和营养素的有效同化，”Nair说。“大自然已经完成了调整基因和代谢途径到有机体环境的工作。让我们在菜单上引入新的东西时使用它。”

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