- 目前大多数高价值化学品都是使用化石燃料生产的——工业化学对石油的使用占所有温室气体排放量的 14%。
- 一个令人兴奋的替代方案是将细菌设计为“细胞工厂”，并带有一个基因开关，可以改变它们的化学路线，以生产高价值的化学品，例如生物燃料、聚合物和药物。
- 使用昂贵的化学品来启动它们严重限制了它们的商业潜力，研究人员已经使用数学模型开发了一种新的基因开关，可以使用廉价的天然营养素永久地开启生产——大大降低了成本。
- 这使得从廉价原料生产高价值化学品的可持续和经济上可行的工业规模生产更接近于实现，以实现更绿色、更清洁的未来。
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生物燃料和药物中使用的高价值化学品可以通过改变细菌的化学成分来生产新产品来制造。华威大学的研究人员找到了一种方法来大幅降低打开这些开关的成本。
从食品防腐剂到药品和化妆品，甚至生物燃料，我们几乎都使用化学品。其中许多是石化衍生物，因此它们的合成是不可持续的。因此，必须寻求以工业规模、可持续且廉价的方式制造化学品的替代方法——为更绿色、更清洁的未来铺平道路。
细菌可以被视为自然界的微型化工厂，许多研究人员正试图了解如何重新连接它们复杂的化学反应网络，将葡萄糖等廉价原料转化为有用的化学产品供我们使用。使用基因开关来改变细菌的化学反应是合成生物学领域令人兴奋的发展。
计算设计的基因开关示意图，说明在添加诱导剂后，化学生产会永久开启（左上角）。这种转变可以使微生物的化学品生产更具可扩展性和可持续性（右上）。介绍如何设计开关（左下）和作者照片（右下）的开放存取论文快照。来源：华威大学
通常，通过添加一种称为诱导剂的化学物质来打开基因开关。但是，感应器价格昂贵，并且通常需要不断添加以防止重新关闭，类似于“带有弹簧的电灯开关”，当您松开时它会重新关闭。这使得这种转换方法变得昂贵，因此扩大到工业生产在经济上是不可行的。
华威大学工程学院的研究人员发表在《 自然通讯》杂志上的论文“设计一种可扩展的微生物化学生产诱导的不可逆代谢开关”，发现了一种将细菌转换为化学生产模式的廉价方法。
在工程学院华威综合合成生物学中心的 Ahmad A. Mannan 博士和 Declan G. Bates 教授的带领下，新的理论研究调查了如何利用来自 大肠杆菌的生物传感器对油酸 等廉价天然营养素做出反应来制造开关. 利用飞行控制系统中常用的数学模型和反馈控制回路的工程原理，他们发现了如何在细菌中设计一种基因开关，去除回复的“弹簧”，这样只需添加一种廉价的天然营养素脉冲就可以开关。电池到化学生产模式永久——大幅削减成本。
工程学院华威综合合成生物学中心的 Ahmad Mannan 博士评论道：
“将细菌永久转换为化学生产模式的能力是朝着实现微生物化学生产经济上可行的规模化迈出的一大步。该开关应广泛适用于许多工业相关微生物以及几乎任何化学物质的合成——合成生物学工具箱中的多功能组件。我们研究的下一步将是揭示原理，以了解在化学路线图中应用这种“红绿灯”的位置，并可能寻求与工业合作，将其轻松纳入现有的发酵过程。”
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工程学院华威综合合成生物学中心的德克兰·贝茨教授补充道：
“使用尖端的合成生物学技术，我们的工作为在实验室中构建所提议的不可逆开关奠定了框架。我们的工作不仅可以改变化学工业制造高价值化学品的方式，还有助于实现人类如何摆脱对不可再生资源的依赖，实现生物化学品的可持续合成，从而实现更绿色、更清洁的未来的更大愿景。”
