В настоящее время клеточные фабрики сталкиваются с такими узкими местами, как сложные метаболические сети, отсутствие рационального дизайна, высокая стоимость проб и ошибок, а также длительный цикл биологической трансформации шасси, которые ограничивают применение клеточных фабрик.
Интеграция этих трех позволит построить гибкую, интеллектуальную и автоматизированную клеточную фабрику нового поколения, создать новую парадигму исследований и разработок в области молекулярного биосинтеза, значительно ускорить итерацию цикла проектирования, синтеза, тестирования и оптимизации, а также реализовать проектирование по требованию. и быстрое производство ценных целевых молекул.
Гибкая технология клеточного завода
Гибкость клеточных фабрик в основном относится к способности клеточного генома претерпевать широкий спектр структурных изменений и обеспечивать разнообразие генотипов. С непрерывным прогрессом и развитием синтетической биологии постепенно стал осуществляться синтез de novo крупных фрагментов ДНК и даже всего генома. Например, целью Международного проекта по синтетическим геномам дрожжей является получение легко адаптируемого, гибкого и универсального генома Saccharomyces cerevisiae. В проекте Sc2.0 loxPsym loxPsym вставлен в конец 3' (3'UTR) всех несущественных генов, и под воздействием рекомбиназы Cre между ними происходят различные реакции перестройки, включая делецию, инверсию, репликацию и транслокацию. loxPsym, что приводит к созданию библиотеки реаранжировки, содержащей разнообразный генотип.
Система SCRaMbLE значительно повышает гибкость дрожжей и может быстро вызвать структурную перестройку генома. Генотипическое разнообразие может привести к фенотипическому разнообразию, а признаки, необходимые для клеточных фабрик, могут быть получены с помощью одного раунда или итерации SCRaMbLE и скрининга.
Гибкое применение клеточной фабрики
Опосредованная loxPsym гибкость генома в масштабе всего генома может генерировать богатые структурные вариации генома и получать штаммы дрожжей с различными генотипами и фенотипами. Далее мы сосредоточимся на тематических исследованиях, чтобы проиллюстрировать, как можно использовать гибкость клеток для получения превосходных штаммов клеточной фабрики с адаптируемостью к росту и повышенным выходом продукта.
1. Гибкие клетки улучшают адаптацию штамма к росту.
Flexible cell technology has established effective methods to enhance the cell’s tolerance to the environment (e.g., high temperature, acetic acid, alkaline, ethanol or xylose, etc.) and drug resistance (e.g., rapamycin, hygromycin B or caffeine), which can increase the potential of cell factories in industry.
Толерантность к жаре является одним из основных ограничивающих факторов промышленного производства этанола дрожжами. Гибкая индукция гаплоидных и диплоидных дрожжей позволяет существенно повысить устойчивость штаммов к высоким температурам. Не только это, но и толерантность клеток к лекарствам можно повысить за счет гибкости клеток.
2. Гибкие клетки увеличивают выход продукции на клеточных фабриках.
Flexible cell technology not only improves the strain’s native phenotype (tolerance), but also improves the strain’s production of metabolites of heterometabolic pathways. Heterologous metabolic pathways can be introduced into synthetic yeast through free plasmids or integration into the yeast genome. Flexibility induction can alter the metabolic network (e.g., deletion, replication, reversal, or translocation of yield-related genes) by producing a large number of structural changes, thereby increasing the yield of the target product.
Каротиноиды являются важными антиоксидантами, которые можно использовать для выявления штаммов, повышающих урожайность, по изменению цвета. Фиолетовый бациллин – еще один гетерологичный метаболит, который легко выявить.
Применение гибкой клеточной технологии для создания высококачественных клеточных заводов промышленного назначения является многообещающим подходом. Преимущество клеточной гибкости состоит в том, что разнообразный генетический пул с различными структурными вариациями можно получить всего за несколько дней.
Что еще более важно, поскольку принцип мутации в гибких клетках отличается от других методов, система SCRaMbLE ортогональна этим существующим методам геномной эволюции. В результате гибкую клеточную технологию можно комбинировать с другими методами для ускорения процесса скрининга. Кроме того, гибкие синтетические хромосомы также можно переносить в штаммы дикого типа с помощью технологии CRISPRCas9, которая может расширить применение гибких клеток за счет передачи особого фенотипа, вырабатываемого гибкими клетками, другим дрожжам дикого типа.
Клеточные фабрики умны
Элементы и модули существующих клеточных фабрик в основном основаны на простых модификациях или мутационном скрининге природных организмов, а быстрое развитие технологии искусственного интеллекта в последние годы показало большой потенциал в разработке элементов и модулей клеточных фабрик, таких как ДНК, РНК, и белок. Хотя методы интеллекта, управляемого данными, могут находить закономерности в больших объемах данных, не только сложно добиться эффективного поиска экспоненциального пространства проектирования для сложных биологических систем, но и не обеспечить безопасность и управляемость результатов проектирования.
Для решения этих проблем решающее значение имеет сочетание подходов, основанных на данных и знаниях. Дизайн искусственных клеток должен интегрировать традиционные экспериментальные данные, биологические правила и экспертные знания для достижения всестороннего развития от локальной модификации генных элементов до создания новых, от локальной оптимизации генной сети до общей адаптации, от локальной замены генома до дизайна и синтеза de novo. и от пассивного наблюдения за функцией клеток до точного контроля. Преимущество двойного привода заключается в сочетании управления данными и знаниями. Хотя подходы, основанные на данных, могут использовать крупномасштабные данные для распознавания и открытия закономерностей, они могут игнорировать биологические правила и ограничения.
С другой стороны, подход, основанный на знаниях, основан на биологических правилах и экспертных знаниях, которые могут направлять разработку и обеспечивать биологически осуществимую реализацию. Объединив лучшее из обоих миров, исследователи могут в полной мере воспользоваться богатством данных и знаниями для достижения эффективного и точного скрининга и проектирования, а также стимулировать будущее развитие дизайна искусственных клеток.
Гибкая технология клеточных фабрик, основанная на искусственном синтезе генома, генерирует огромные массивы данных (геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика, информация о взаимодействии белков и т. д.) в процессе реальных экспериментов. В то же время, чтобы реализовать индивидуальную настройку и построение клеточных фабрик, необходимо всесторонне разработать теорию систематического и межмасштабного интеллектуального проектирования синтетических биологических систем на уровне генных элементов, генных сетей, и клеточные состояния.
Сочетание гибкости и интеллекта клеточных фабрик является одной из будущих тенденций, и сосредоточение внимания на интеллектуальном проектировании новых генных элементов по требованию, интеллектуальной адаптации и оптимизации искусственных генных сетей, а также интеллектуальном и точном контроле состояния и функции клеток. , чтобы реализовать интеллектуальный и управляемый дизайн искусственных клеток, а также обеспечить важную теоретическую основу и методическую поддержку для создания мощных, точных и надежных синтетических биологических систем.
Автоматизация клеточного производства
Традиционная трансформация и скрининг клеточных фабрик сталкиваются с такими узкими местами, как сложная метаболическая сеть, отсутствие рационального дизайна, высокая стоимость метода проб и ошибок, а также длительный цикл биологической трансформации шасси.
Этот вид автоматизации может повысить стабильность экспериментальных операций и решить проблемы громоздких, трудоемких, подверженных ошибкам и сложных в масштабировании проблем по сравнению с традиционными технологиями, тем самым значительно повышая эффективность НИОКР.
В то же время процесс гибкости клеточной фабрики производит штаммы со многими промежуточными продуктами, что требует много времени и усилий для выполнения сложных генетических манипуляций. Можно предвидеть, что автоматизация и высокопроизводительный количественный анализ будут иметь большое прикладное значение для модификации и скрининга клеток.
Однако автоматизация производства клеток — это сквозная область, включающая множество дисциплин, таких как машиностроение, автоматизация, вычислительная техника и науки о жизни, которая требует совместных усилий всех сторон для развития в направлении более высокой степени автоматизации.
О БайЛун Биотехнологическая Компания, ООО:
БайЛун Biotechnology Co., Ltd. stands as a leading supplier and premier technical service provider, specializing in the provision of comprehensive bioreactor systems and advanced control solutions. Our extensive product line encompasses a wide array of offerings, ranging from bioreactors (fermenters) to animal cell bioreactors, biological shakers, and control systems tailored for bioprocessing applications. With a capacity spanning from 0.1L to 1000KL, we are committed to fostering the growth of China’s bioreactor industry on a global scale.
В БайЛун, we boast a seasoned team of engineers equipped with profound expertise in fermentation processes, biochemical equipment, and chemical technology. Moreover, we actively engage nationally renowned experts and scholars as technical consultants, ensuring the robust technological underpinnings of our products. Central to our ethos is a relentless pursuit of product innovation and technological leadership, all geared towards guaranteeing utmost customer satisfaction. We hold ourselves accountable to prioritize customer benefits, embodying this commitment as the cornerstone of Bailun Company’s core values.
Наш разнообразный портфель продуктов тщательно разработан для удовлетворения разнообразных потребностей наших клиентов. С самого начала мы придерживались принципов приоритета качества, клиентоориентированности и честности операций. Наша непоколебимая приверженность удовлетворению растущих потребностей наших клиентов двигает нас вперед. Принимая волну экономической глобализации, мы искренне приглашаем к сотрудничеству предприятия по всему миру, стремясь к взаимному процветанию и успеху.
Дух БайЛун воплощает в себе приверженность клиентоориентированности, стремление к совершенству в области качества, приверженность справедливости и порядочности, а также непоколебимое стремление к постоянному совершенствованию и инновациям.
Связаться с нами:
Добавить: 6848# Liuxiang Rd., Цзядин, Шанхай, Китай
Контактное лицо: Мэдди
Электронная почта: sales@fermentertech.com
Телефон:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)
Веб-сайт: https://bioreactortech.com/
Русский 
English 
简体中文 
Español