Reacciones biosintéticas construidas en E. coli para la producción in vivo de 12 SCPA. Estas 12 SCPA fueron las que se demostró que eran producidas por valina descarboxilasa (VlmD) in vitro (recuadros de puntos). Los grupos amina y carboxílicos que se muestran en cada cuadro punteado se presentan con círculos amarillos y verdes, respectivamente. Los átomos de carbono del centro de reacción que están sujetos a transformaciones químicas están marcados con asteriscos. La glucólisis se indica con un fondo rojo, lo que conduce a la biosíntesis de precursores de 12 aminoácidos. Las reacciones múltiples se presentan con dos o más flechas. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Los ingenieros metabólicos de KAIST presentan por primera vez la producción de base biológica de múltiples aminas primarias de cadena corta que tienen una amplia gama de aplicaciones en las industrias químicas. El equipo de investigación dirigido por el distinguido profesor Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular diseñó las nuevas vías biosintéticas para las aminas primarias de cadena corta mediante la combinación de retrobiosíntesis y un paso de selección de precursores.
El equipo de investigación verificó las vías de nuevo diseño al confirmar la producción in vivo de 10 aminas primarias de cadena corta mediante el suministro de precursores. Es más, las cepas de plataforma de Escherichia coli fueron diseñadas metabólicamente para producir tres aminas primarias de cadena corta de prueba de concepto a partir de glucosa, demostrando la posibilidad de la producción biológica de diversas aminas primarias de cadena corta a partir de recursos renovables. El equipo de investigación dijo que este estudio amplía la estrategia de diseñar sistemáticamente vías biosintéticas para la producción de un grupo de sustancias químicas relacionadas, como lo demuestran múltiples aminas primarias de cadena corta como ejemplos.
En la actualidad, la mayoría de los productos químicos industriales que se utilizan en nuestra vida diaria se producen con productos derivados del petróleo. Sin embargo, Hay varios problemas graves con la industria del petróleo, como el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles y problemas ambientales, incluido el calentamiento global. Para solucionar estos problemas, Se está explorando la producción sostenible de productos químicos y materiales industriales con microorganismos como fábricas de células y biomasa renovable no alimentaria como materia prima como alternativa a los productos derivados del petróleo. La ingeniería de estos microorganismos se ha vuelto cada vez más eficiente y eficaz con la ayuda de la ingeniería metabólica de sistemas, una práctica de ingeniería del metabolismo de un organismo vivo hacia la producción de un metabolito deseado. A este respecto, el número de productos químicos producidos utilizando biomasa como materia prima ha aumentado sustancialmente.
Aunque el alcance de los productos químicos que se pueden producir mediante el uso de microorganismos continúa expandiéndose a través de los avances en la ingeniería metabólica de sistemas, La producción biológica de aminas primarias de cadena corta aún no se ha informado a pesar de su importancia industrial. Las aminas primarias de cadena corta son las sustancias químicas que tienen un grupo alquilo o arilo en lugar de un átomo de hidrógeno en el amoníaco con longitudes de cadena de carbono que van de C1 a C7. Las aminas primarias de cadena corta tienen una amplia gama de aplicaciones en las industrias químicas, por ejemplo, como precursor de productos farmacéuticos (p. ej., fármacos antidiabéticos y antihipertensivos), agroquímicos (por ejemplo, herbicidas, fungicidas e insecticidas), solventes, y aceleradores de vulcanización para caucho y plastificantes. El tamaño del mercado de las aminas primarias de cadena corta se estimó en más de 4000 millones de dólares estadounidenses en 2014.
La razón principal por la que la producción de base biológica de aminas primarias de cadena corta aún no era posible se debía a sus vías biosintéticas desconocidas. Por lo tanto, El equipo diseñó rutas biosintéticas sintéticas para aminas primarias de cadena corta mediante la combinación de retrobiosíntesis y un paso de selección de precursores. La retrobiosíntesis permitió el diseño sistemático de una vía biosintética para aminas primarias de cadena corta mediante el uso de un conjunto de reglas de reacción bioquímica que describen patrones de transformación química entre un sustrato y moléculas de producto a nivel atómico.
Estos múltiples precursores predichos para la posible biosíntesis de cada amina primaria de cadena corta se redujeron secuencialmente utilizando el paso de selección de precursores para experimentos de ingeniería metabólica eficientes.
"Nuestra investigación demuestra la posibilidad de la producción renovable de aminas primarias de cadena corta por primera vez. Estamos planeando aumentar la eficiencia de producción de aminas primarias de cadena corta. Creemos que nuestro estudio jugará un papel importante en el desarrollo de y bioindustrias ecológicas y la reorganización de la industria química, que es obligatorio para resolver los problemas ambientales que amenazan la supervivencia de la humanidad, "dijo el profesor Lee.
