より安価でよりクリーンな化学物質のための無細胞バイオ製造

バイオ技術者は、再生可能な資源からバイオ燃料や化学物質を生産するために、バクテリアやその他の微生物を遺伝子操作しています。しかし、これらの生物の複雑な代謝経路は制御が難しい場合があり、目的の生成物は微生物に有毒である可能性があります。生細胞を完全に排除できたらどうでしょうか？

醸造生化学： GreenlightBiosciencesの研究者であるKamilGedeon（着席）とStephanie DeMarino（立っている）は、無細胞化学合成用の酵素を生成するように設計された細菌の培養を監視しています。

ボストン地域の新興企業であるG​​reenlightBiosciencesは、微生物を操作して化学物質を生成できるさまざまな酵素を作り、虫を壊してそれらの酵素を収穫します。科学者は、他の細胞物質から酵素を分離する手間をかける必要はありません。代わりに、化学物質を追加して、不要な生化学反応を抑制します。さまざまな微生物に基づくスラリーを砂糖やその他の炭素ベースの原料と混合することにより、同社は複雑な反応を生成してさまざまな化学物質を生成することができます。 Greenlightは、その技術により、同社が既存の化学物質のより安価なバージョンを製造できるようになり、すでに食品添加物、医薬品、農薬、除草剤を製造していると述べています。

会社を始めた最大の動機は、より環境に優しい方法でそのような化合物を生産する方法を理解することでした、とCEOは言います アンドレイ・ザルール 。しかし、Greenlightの製品は、化学またはセルベースの製造で製造された製品よりも安価である必要があります。そうしないと、業界はそれらの使用に消極的になります。

Greenlightの戦略は、生きている微生物の大桶に依存する従来の発酵プロセスからの脱却です。また、合成生物学と呼ばれることが多い遺伝子工学への別のアプローチとは異なり、微生物の経路を微調整して、望ましい化合物を製造するために最適化されます。いくつかの会社は、特殊な化学物質を生産するためにバクテリアと酵母を設計していますが、ほとんどの場合、これらのグループは虫を生かし続けています。たとえば、Amyrisは、糖やその他の出発物質を修飾できる新しい酵素セットを使用して微生物を操作することにより、化粧品や潤滑油に使用されるバイオ燃料、医薬品、化学物質を製造できます（Amyrisが生化学物質の商業生産を発表し、微生物がマラリア薬を大量生産できることを発表） ）。 Metabolixは、生分解性プラスチックを生産するようにバクテリアを操作しました（A Bioplastic Goes Commercialを参照）。

その戦略の問題は、バクテリアや他の微生物が生きている化学工場に変わったとき、化学生産の代わりに成長にいくらかの資源を投入しなければならないということです、と言います マーク・スティチンスキー 、ジョージア工科大学の代謝エンジニアおよびシステム生物学者。さらに、一見単純なバクテリアでも、代謝は複雑です。代謝経路には、それらの内部およびそれら全体で複雑な調節があります、と彼は言います。化学物質の生成を改善するために1つの代謝経路を変更すると、細胞の残りの部分に広く、時には悪影響を与える可能性があります。

したがって、細胞の必要性から生産経路を分離することは大きな利点になる可能性があると彼は言います。 Greenlightは微生物を完全に回避するわけではありません。ボストンの北にある同社の日当たりの良い実験室では、研究者はバブリングバイオリアクターを使用して液体培養で細菌を増殖させ、さまざまな酵素を生成できるさまざまな種や菌株を維持しています。虫が一定の密度に達すると、研究者はそれらを高圧押出機に送り、それらを細かく砕きます。次に、得られた灰色のスラリーに薬を加えて、細胞の代謝酵素のほとんどをオフにします。有用な酵素は、薬剤に抵抗するように設計されているため、影響を受けません。

露出した代謝経路を機能させ続ける技術は、 ジェームズ・スワーツ 、スタンフォード大学の生化学エンジニアであり、バイオテクノロジー企業Genentechでタンパク質エンジニアとしての地位を離れ、薬理学的タンパク質を生産するための無細胞法を開発しました（インスリンはバイオテクノロジーで生産できる薬物様タンパク質の例です）。スワーツは、タンパク質を生成する生物学的機構をさらに制御することを求めて、その機械に、細胞内の通常の家の外でも必要な生化学的環境を与える方法を考え出しました。彼の方法は、彼がより複雑なタンパク質を作ることを可能にしただけでなく、それらが小分子や化学物質を作るための生物学的機構を制御するためにも使用できることがわかった。細胞内で発生する化学的条件を再現することで、複雑すぎると思われるものでも、多くの代謝プロセスを活性化することがわかりました、と彼は言います。

Greenlightは、一般的な微生物工学で見られるものよりも化学工学に似た方法で、化学物質の代謝生成をトラブルシューティングおよび微調整できます。無細胞スラリーは、酵素が分解し始める前に96時間アクティブです。その時点で、微生物の新しいバッチを成長させる必要があります。

セルの美しさの1つは、自己複製することです、と、バイオ燃料会社LS9とJouleUnlimitedを共同設立したFlagshipVenturesの原則であるDavidBerryは言います。 （ベリーは2007年です MITテクノロジーレビュー 35歳未満のイノベーター。）しかし、無細胞システムはその利点を逃していますが、優れた柔軟性など、他の利点もあります。より多くの入力を処理し、セルのニーズのために特定の経路が現在機能しない状況を回避する可能性があります、とベリーは言います。

Zarurは、Greenlightが来年の初めに最初の製品を市場に出す可能性があると述べています。それは健康上の利点を備えた栄養補助食品になるでしょう、と彼は言います。

同社はまた、天然ガスの主成分であるメタンを液体燃料に変換するシステムを開発するために、ARPA-Eから450万ドルの助成金を受けています。当局は、そのような技術により、移動式発酵槽が天然ガスの遠隔供給源にアクセスして、天然ガスを液体燃料に低コストで変換できるようになる可能性があると述べています。

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