Ученые Инженерной ценных микробов для возобновляемых видов топлива и биопродукты разработали быстрый и эффективный способ выявления наиболее перспективных сортов.
Исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн разработали новую масс-спектрометрии на основе скрининг-метода для быстрого профиля среднецепочечные жирные кислоты, вырабатываемые в дрожжи — частью большой группы свободных жирных кислот, которые являются ключевыми компонентами в необходимых питательных веществ, мыла, промышленных химикатов и топлива. Они также определили семь новых генно-инженерных мутантов дрожжей-сахаромицетов, которые вырабатывают более высокие уровни этих жирных кислот.
В исследовании подробно описан в статье, опубликованной в журнале биотехнологии и биоинженерии. Работа выполнена в Центре перспективных биоэнергетики и биопродуктов инноваций (CABBI), американское министерство энергетики, финансируемых биоэнергетики научно-исследовательского центра, два у меня профессоров: Чжао Хуэйминь, профессор химической и биомолекулярной инженерии (чье), и Джонатан Sweedler, профессор химии и директор школы химических наук. Ведущий автор-Пу Сюэ, а чье докторант лаборатории Жао в CABBI.
Группа Жао генетически инженеров крошечные дрожжевые клетки, чтобы увеличить производство жирных кислот, важнейшими компонентами биодизель, жирные спирты, парафины и олефины — строительные блоки для моющих средств, клеев и пластмасс. Цель CABBI заключается в том, чтобы разработать надежные дрожжей, которые могут преобразовать возобновляемой растительной биомассы в топливо и химические вещества, как экологически чистого и устойчивого альтернатива нефтяной основе химических производственных процессов.
Ученые могут создать большую библиотеку инженерии штаммов дрожжей, или мутанты, производя очень быстро различных MCFAs, сказал Сю. Но их способности контролировать точный состав MCFAs, произведенные в этих микробной клетки заводах общества, без «высокой пропускной способностью» способ быстрого анализа большого количества образцов.
Чтобы преодолеть это ограничение, Ксю и другие исследователи работали с группой Sweedler по разработке высокопроизводительного скрининга инструмент, химические характеристики подхода, основанного на МАЛДИ-МС (матрично-активированная лазерная десорбция/времяпролетная масс-спектрометрия с ионизацией). Масс-спектрометрия является информационно-насыщенным способом анализа сложных образцов путем измерения их массы к заряду ионов. Лазер выстрелил в колонии дрожжей на слайде; прибор измеряет молекулярной массы липидов в дрожжах, и, следовательно, способен их идентифицировать.
Большинство существующих процессов для обнаружения или анализа свободных жирных кислот опираются на более сложные газовой или жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии, является «золотым стандартом» методов. Однако эти методы имеют ограничения при работе с большим бассейном вариаций, и подготовка образцов занимает много времени и трудоемко.
Общий подход с использованием системы МАЛДИ-мс быстрее и успешно используется с белками и пептидами. В TOF-масс-анализатор-это быстро, сравнительно низкая цена и большое окно обнаружения, хорошо подходит для скрининга сложных биологических объектов.
Но среднецепочечные жирные кислоты являются крайне неустойчивыми и легкие, что делает их труднее обнаружить и измерить с таким подходом. Кроме того, толстая клеточная стенка дрожжей создает еще одну проблему для исследователей, чтобы эффективно разлагают клеточные композиции.
Поэтому исследователи CABBI оптимизирован образец шагов подготовки с различными растворителями и матриц. И вместо того, чтобы непосредственно обнаружить MCFAs, они использовали прокси: мембранных липидов в клетках дрожжей. Они предположили, что повышенный уровень липидов мембран с более короткой цепи ацил фосфатидилхолин (ПК), класс фосфолипидов, будет связано с большей способностью производить MCFAs, которые короче в длину, чем в изобилии жирные кислоты часто встречается в S. cerevisiae.
Чтобы проверить эту гипотезу, у меня ученые сравнили МАЛДИ-МС профиль из натуральных дрожжей с двумя генетически модифицированных штаммов ранее нашли, чтобы произвести более высокие уровни MCFAs. Данные показали, что эти два мутанта были более короткой ацильной цепью компьютеров, чем натуральные дрожжи. Затем эти предварительные выводы были подтверждены более точные жидкостная хроматография и масс-спектрометрия фрагмента процессов.
С их общепринятым методом скрининга в стороны, члены команды CABBI отправился на поиски более мутантных штаммов с повышенной производство MCFAs. Они нашли два видных пиков на масс-спектре, которые были связаны с фосфолипидами, указание жирных кислот. Те потом были использованы как знак продукции МДС.
Как Sweedler указывает, «измерение масс-спектрометрии быстро-анализа до 2000 дрожжевых колоний в час (примерно один образец каждые две секунды) по сравнению с 30 минут на образец в соответствии с традиционными методами.» Время обработки также значительно сокращается: от двух до трех минут и трех-четырех часов в образец. В целом, МАЛДИ-МС инструмент скрининга позволяет ученым быстро идентифицировать штаммы, которые требуют более детального анализа.
«Наш метод позволяет отсеивать тонны мутантов в короткие сроки. Мы можем определить достойных кандидатов для дальнейшего изучения», — сказал Сюэ.
В дальнейшем метод может быть модифицирован и использован для высокопроизводительного скрининга других видов продукции, таких как большей длиной цепи жирных кислот или жирных спиртов, экономия времени и труда.
Ученые надеются сконструировать на их работу в iBioFAB CABBI это — биологические Иллинойс Литейный перспективных для биотехнологического производства. Его роботизированная система может ускорить пробоподготовку и обеспечивать более точные результаты, помогая масштабов проекта, чтобы проверить многие другие мутантные штаммы, сказал Сю. С около 6000 генов дрожжей S. cerevisiae, миллионы потенциальных синергетических эффектов и может быть обнаружен.
За пределами науки, эти С6 до С12 жирных кислот имеют важное значение в здоровье человека, обеспечивая необходимых питательных веществ и полезных продуктов, таких как Омега-3 жирных кислот.
«В будущем, если мы можем напрямую создавать биотопливо и биопродукты, такие как жирные кислоты из клеток микроорганизмов, таких как дрожжи в больших масштабах, это означает, что мы не должны использовать бензин», — сказал Сюэ. «Мы можем сохранить окружающую среду и сэкономить много денег».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!