Produzione di prodotti chimici a base biologica attraverso percorsi biologici e chimici. Questa mappa metabolica descrive sostanze chimiche rappresentative che possono essere prodotte con mezzi biologici e/o chimici. Le frecce rosse rappresentano le vie chimiche e le frecce blu rappresentano le vie biologiche. I metaboliti intermedi nel metabolismo di un organismo vivente possono fungere da piattaforma per la produzione di sostanze chimiche rilevanti a livello industriale. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un team di ricerca KAIST ha completato una mappa metabolica che traccia tutte le strategie e i percorsi disponibili delle reazioni chimiche che portano alla produzione di vari prodotti chimici industriali a base biologica.
Il team era guidato dal Distinguished Professor Sang Yup Lee, che ha prodotto per decenni ricerca di ingegneria metabolica e di ingegneria dei sistemi di alta qualità, e ha creato la mappa delle sostanze chimiche tipiche dopo sette anni di studi.
Il team ha presentato un'analisi molto dettagliata sull'ingegneria metabolica per la produzione di un'ampia gamma di prodotti chimici industriali, combustibili, e materiali. Rilevare le tendenze attuali nella produzione biologica di sostanze chimiche nella biotecnologia industriale, il team ha esaminato a fondo lo stato attuale delle sostanze chimiche industriali prodotte mediante reazioni biologiche e/o chimiche.
Questa mappa completa dovrebbe servire come modello per l'ispezione visiva e intuitiva delle reazioni biologiche e/o chimiche per la produzione di interesse da risorse rinnovabili. Il team ha anche compilato un poster di accompagnamento per presentare visivamente i percorsi sintetici delle sostanze chimiche nel contesto del loro metabolismo microbico.
Poiché l'ingegneria metabolica è diventata sempre più potente nell'affrontare risorse fossili limitate, cambiamento climatico, e altri problemi ambientali, il numero di sostanze chimiche prodotte microbicamente che utilizzano la biomassa come fonte di carbonio è aumentato notevolmente. La produzione sostenibile di prodotti chimici e materiali industriali è stata esplorata con i microrganismi come fabbriche di cellule e biomasse non alimentari rinnovabili come materie prime per il petrolio alternativo. L'ingegneria di questi microrganismi è diventata sempre più efficiente ed efficace con l'aiuto dell'ingegneria metabolica, una pratica di ingegneria che utilizza il metabolismo degli organismi viventi per produrre un metabolita desiderato.
Con la creazione dell'ingegneria metabolica dei sistemi - l'integrazione dell'ingegneria metabolica con strumenti e strategie della biologia dei sistemi, biologia sintetica e ingegneria evolutiva:la velocità con cui vengono progettati i microrganismi ha raggiunto un ritmo senza precedenti.
Al fine di valutare lo stato attuale in cui i microrganismi ingegnerizzati metabolicamente possono produrre un ampio portafoglio di prodotti chimici industriali, il team ha condotto un'ampia revisione della letteratura e l'ha mappata su un poster. Questo poster risultante, denominata mappa delle sostanze chimiche a base biologica, presenta percorsi sintetici per prodotti chimici industriali, che consistono in reazioni biologiche e/o chimiche.
Le sostanze chimiche industriali e le loro vie di produzione sono presentate nel contesto delle vie metaboliche centrali del carbonio poiché questi metaboliti chiave fungono da precursori per le sostanze chimiche da produrre. La mappa biochimica risultante consente il rilevamento e l'analisi di percorsi sintetici ottimali per una determinata sostanza chimica industriale. Oltre al manifesto, gli autori hanno compilato un elenco di sostanze chimiche che sono state prodotte con successo utilizzando microrganismi e un elenco delle società corrispondenti che le producono commercialmente. Questa revisione approfondita della letteratura e il relativo sommario analitico saranno una risorsa importante per i ricercatori interessati alla produzione di sostanze chimiche da fonti rinnovabili di biomassa.
I microrganismi ingegnerizzati metabolicamente hanno già dato un enorme contributo alla produzione sostenibile di sostanze chimiche utilizzando risorse rinnovabili. Il professor Lee ha affermato di volere un'indagine dettagliata sullo stato attuale e sulla capacità della produzione di sostanze chimiche a base biologica.
"Siamo così entusiasti che questa recensione e il poster amplieranno ulteriormente la discussione sulla produzione di importanti sostanze chimiche attraverso microrganismi ingegnerizzati e anche mezzi biologici e chimici combinati in un modo più sostenibile, " Lui ha spiegato.
