用不同的微生物对聚-3-基酸盐生产进行分析,使用动态模拟来评估经济潜力方法

科学领域:

• 生物技术和代谢工程 生物技术和代谢工程
• 可持续的生物处理.
• 合成生物学 合成生物学

背景情况:

• 越来越多的环境问题促使人们对可生物降解的生物塑料如聚3-基酸盐 (PHB) 感兴趣,作为传统塑料的替代品.
• 高昂的生产成本和产量-生物质权衡阻碍了PHB的工业可行性.
• 生物工艺的优化对于提高产品产量和经济可行性至关重要.

研究的目的:

• 介绍经济潜力评估动态模拟 (DySEEP),一种新的方法,将动态流量平衡分析 (DFBA) 与经济指标相结合.
• 分析和优化复合微生物菌株中PHB的产生,考虑到生物质和产品形成之间的权衡.
• 确定特定的代谢工程目标和生物反应器运行策略,以提高PHB生产.

主要方法:

• 实现动态流量平衡分析 (DFBA) 以模拟随时间推移的细胞代谢.
• 在DFBA框架内整合经济指标,以评估生物工艺的经济潜力.
• 对工程微生物宿主中聚-3-基酸盐 (PHB) 生产的案例研究分析,包括与生长相关的和与生长无关的生产模式.

主要成果:

• DySEEP成功地突出了生物质和PHB形成之间的权衡,这对细胞内代谢物至关重要.
• 对于与增长相关的PHB生产,以0.37g/g的收益率实现了正现金流,最高理论利为0.50g/g.
• 确定了代谢工程的潜在遗传标,包括特定途径的淘汰/降低调节 (例如,酸途径,酸盐生产,TCA循环).
• 对于非增长相关的生产,确定了最佳的葡萄糖利用策略,以实现正现金流 (60%的生产阶段) 和最大利 (80%的生产阶段).

结论:

• 通过平衡代谢目标,DySEEP为优化生物过程经济提供了有价值的框架.
• 该研究为代谢工程策略和生物反应器运行提供了可操作的见解,以提高PHB产量和利能力.
• 这些发现有助于开发可持续和经济可行的生物塑料生产方法.