Blue-green algae a five-tool player

Blue-green algae a five-tool player in converting waste to fuel
By Tony Fitzpatrick September 5, 2013
Click to share on Facebook (Opens in new window)Click to share on Twitter (Opens in new window)Click to share on Tumblr (Opens in new window)Click to share on LinkedIn (Opens in new window)Click to share on Pinterest (Opens in new window)Click to email this to a friend (Opens in new window)
In the baseball world, a superstar can do five things exceptionally well: hit, hit for power, run, throw and field.

Zhang

In the parallel universe of the microbiological world, there is a current superstar species of blue-green algae that, through its powers of photosynthesis and carbon dioxide fixation, or uptake, can produce (count ’em) ethanol, hydrogen, butanol, isobutanol and potentially biodiesel. Now that’s some five-tool player.
In baseball, you call that player Willie Mays or Mike Trout. In microbiology, it goes by Synechocystis 6803, a versatile, specialized bacterium known as a cyanobacterium. It makes pikers out of plants when it comes to capturing and storing energy from photosynthesis, and it’s a natural in converting the greenhouse gas carbon dioxide (CO2) to useful chemicals that could help both tame global warming and sustain energy supply.
In addition, genetically engineered Synechocystis 6803 also has the potential to make commodity chemicals and pharmaceuticals.

Granted, that’s mostly in laboratories, on the liter scale. Because of its versatility and potential, this microscopic organism is one of the most studied of its kind since it was discovered in 1968. But just as in baseball, where “can’t miss” five-tool prospects are signed yearly with great expectations and never achieve their promise, Synechocystis 6803 has yet to deliver.
Fuzhong Zhang, PhD, assistant professor of energy, environmental and chemical engineering at Washington University in St. Louis, works with Synechocystis 6803 — as well as other microbes and systems — in the areas of synthetic biology, protein engineering and metabolic engineering, with special focus on synthetic control systems to make the organism reach its untapped prowess.
Zhang said the biotech world has to overcome several challenges to put the engineered microbes in the applications stage. Zhang will be in the thick of them.

“My goal is to engineer microbes and turn them into microfactories that produce useful chemicals,” Zhang said. “Synechocystis is particularly interesting because it can use CO2 as the only carbon source. Engineering this bacterium would turn the fixed CO2 into metabolites that can be further converted to fuels and other chemicals through designed biosynthetic pathways.”
Traditional chemical production requires high pressure and temperatures and literally tons of chemical solvents, but the microbial approach is very eco-friendly: Once the engineered cyanobacteria start to grow, all they need are water, basic salts and the CO2.
In an academic “scouting report” of Synechocystis, published in the August 2013 Marine Drugs, Zhang and colleagues summarize recent research and conclude that production speed has to be increased and new genetic tools must be developed to control the biochemistry inside Synechocystis so that chemical productivities will be improved to make this technology economically viable.
Current industry specifications for potentially scalable chemical production are roughly 100 grams per liter of fuel or chemicals. Presently, the laboratory production is generally less than 1 gram per liter, and the efficiency is very low.

Zhang said the research community needs better tools to control gene expression. For example, promoters — little stretches of DNA before genes of interest that help control gene expression — with predictable strength are needed. They also need better cellular biosensors that can sense key metabolites and control the production of vital proteins that create the desired chemicals.
And they need to engineer the organisms’ circadian rhythms (day/night) to someday produce organisms that work around the clock making a fuel or chemical. Natural Synechocystis 6803, for instance, performs a yeoman’s task of producing and storing energy molecules during the day through photosynthesis, but at night, it uses a different set of metabolisms to consume the stored energy.

The natural circadian rhythm has to be rewired to make a biofuel 24 hours a day.

Zhang’s research includes developing gene expression tools, new chemical biosynthetic pathways and circadian control tools for cyanobacteria.
“I’m confident that in two or three years we will have more potent tools to engineer gene expression levels and timing, which will speed up the process more accurately and efficiently,” he said.
Also, his group has been working to develop dynamical control systems in microbes that function like meters and valves in a traditional chemical production plant – the meters calculate pressure and flow, and the valves control them.
“It’s a biolo

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวผู้เล่นห้าเครื่องมือในการแปลงขยะเป็นเชื้อเพลิง
โดยโทนี่ฟิทซ์ 5 กันยายน 2013
คลิกที่นี่เพื่อแบ่งปันบน Facebook (เปิดในหน้าต่างใหม่) คลิกที่นี่เพื่อแบ่งปันบน Twitter (เปิดในหน้าต่างใหม่) คลิกที่นี่เพื่อแบ่งปันเมื่อ Tumblr (เปิด ในหน้าต่างใหม่) คลิกที่นี่เพื่อแบ่งปันใน LinkedIn (เปิดในหน้าต่างใหม่) คลิ๊กเพื่อร่วมกันบน Pinterest (เปิดในหน้าต่างใหม่) คลิ๊กเพื่อส่งอีเมลนี้ให้เพื่อน (เปิดในหน้าต่างใหม่)
ในโลกเบสบอลซูเปอร์สตาสามารถทำห้าสิ่งที่ ดีเป็นพิเศษ:. ตีตีสำหรับการใช้พลังงานวิ่งโยนและเขตจางในจักรวาลคู่ขนานของโลกของจุลินทรีย์ที่มีสายพันธุ์ซุปเปอร์สตาร์ในปัจจุบันของสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวที่ผ่านอำนาจของการสังเคราะห์และคาร์บอนไดออกไซด์ตรึงหรือการดูดซึม สามารถผลิต (COUNT 'em) เอทานอลไฮโดรเจนบิวทานอ, isobutanol และอาจไบโอดีเซล ตอนนี้ที่บางผู้เล่นห้าเครื่องมือ. กีฬาเบสบอลที่คุณเรียกว่าผู้เล่นวิลลี่ Mays หรือไมค์ปลาเทราท์ จุลชีววิทยามันไปด้วย Synechocystis 6803, อเนกประสงค์แบคทีเรียเฉพาะที่รู้จักกันเป็นไซยาโนแบคทีเรีย มันทำให้ pikers ออกของพืชเมื่อมันมาถึงการจับและการจัดเก็บพลังงานที่ได้จากการสังเคราะห์แสงและก็มีความเป็นธรรมชาติในการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซเรือนกระจก (CO2) กับสารเคมีที่มีประโยชน์ที่จะช่วยให้ทั้งภาวะโลกร้อนที่เชื่องและรักษาการจัดหาพลังงาน. นอกจากนี้ทางพันธุกรรม Engineered Synechocystis 6803 นอกจากนี้ยังมีศักยภาพที่จะทำให้สารเคมีที่เป็นสินค้าโภคภัณฑ์และยา. จริงอยู่ที่ว่าส่วนใหญ่อยู่ในห้องปฏิบัติการโยลิตร เพราะความเก่งกาจและศักยภาพของตนนี้มีชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นหนึ่งในการศึกษามากที่สุดของชนิดเพราะมันถูกค้นพบในปี 1968 แต่ก็เป็นในกีฬาเบสบอลที่ "พลาดไม่ได้" โอกาสห้าเครื่องมือที่มีการลงนามเป็นประจำทุกปีกับความคาดหวังที่ดีและ ไม่เคยบรรลุสัญญาของพวกเขา, Synechocystis 6803 ยังไม่ได้ส่งมอบ. Fuzhong Zhang, PhD, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านพลังงาน, วิศวกรรมสิ่งแวดล้อมและเคมีที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ทำงานร่วมกับ Synechocystis 6803 - เช่นเดียวกับจุลินทรีย์และระบบอื่น ๆ - ในพื้นที่ ของชีววิทยาสังเคราะห์โปรตีนและวิศวกรรมวิศวกรรมการเผาผลาญอาหารที่มีความสำคัญเป็นพิเศษเกี่ยวกับระบบการควบคุมการสังเคราะห์ที่จะทำให้สิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้ใช้ถึงความกล้าหาญของ. จางกล่าวว่าโลกเทคโนโลยีชีวภาพมีที่จะเอาชนะความท้าทายหลายประการที่จะนำจุลินทรีย์วิศวกรรมในขั้นตอนการใช้งาน เหวยจะอยู่ในความหนาของพวกเขา. "เป้าหมายของฉันคือวิศวกรจุลินทรีย์และเปิดให้เป็น microfactories ที่ผลิตสารเคมีที่มีประโยชน์" จางกล่าวว่า "ไซยาโนแบคทีเรียเป็นที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะมันสามารถใช้ CO2 เป็นแหล่งคาร์บอนเท่านั้น วิศวกรรมแบคทีเรียนี้จะเปิด CO2 คงลงในสารที่สามารถต่อแปลงเชื้อเพลิงและสารเคมีอื่น ๆ ผ่านทางเดินชีวสังเคราะห์การออกแบบ. " ผลิตสารเคมีแบบดั้งเดิมต้องใช้ความดันสูงและอุณหภูมิและอักษรตันของตัวทำละลายสารเคมี แต่วิธีการของจุลินทรีย์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมาก : เมื่อไซยาโนแบคทีเรียออกแบบเริ่มที่จะเติบโตทั้งหมดที่พวกเขาจำเป็นต้องมีน้ำ, เกลือพื้นฐานและก๊าซ CO2. ในนักวิชาการ "รายงานหัวเราะเยาะ" ของไซยาโนแบคทีเรียที่ตีพิมพ์ในยาเสพติดทางทะเลสิงหาคม 2013 จางและเพื่อนร่วมงานสรุปงานวิจัยล่าสุดและสรุปได้ว่าความเร็วในการผลิต จะต้องมีการเพิ่มขึ้นและเครื่องมือทางพันธุกรรมใหม่จะต้องได้รับการพัฒนาในการควบคุมทางชีวเคมีภายในไซยาโนแบคทีเรียเพื่อให้ผลผลิตสารเคมีจะดีขึ้นจะทำให้เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพทางเศรษฐกิจ. มาตรฐานอุตสาหกรรมในปัจจุบันสำหรับการผลิตสารเคมีที่อาจปรับขนาดได้ประมาณ 100 กรัมต่อลิตรของน้ำมันเชื้อเพลิงหรือสารเคมี ปัจจุบันการผลิตในห้องปฏิบัติการโดยทั่วไปน้อยกว่า 1 กรัมต่อลิตรและมีประสิทธิภาพอยู่ในระดับต่ำมาก. จางกล่าวว่าการวิจัยชุมชนต้องการเครื่องมือที่ดีในการควบคุมการแสดงออกของยีน ยกตัวอย่างเช่นการก่อการ - เหยียด ๆ หน่อย ๆ ของดีเอ็นเอก่อนยีนที่สนใจที่จะช่วยให้การควบคุมการแสดงออกของยีน - มีความแข็งแรงสามารถคาดเดาได้มีความจำเป็น พวกเขายังต้องไบโอเซนเซอร์โทรศัพท์มือถือที่ดีกว่าที่สามารถสัมผัสสารสำคัญและการควบคุมการผลิตของโปรตีนสำคัญที่สร้างสารเคมีที่ต้องการ. และพวกเขาต้องให้วิศวกรชีวิต 'จังหวะ circadian (Day / Night) เพื่อสักวันหนึ่งผลิตสิ่งมีชีวิตที่ทำงานตลอดเวลาทำให้ น้ำมันเชื้อเพลิงหรือสารเคมี ธรรมชาติ Synechocystis 6803 เช่นดำเนินงานองค์รักษ์ของการผลิตและการจัดเก็บโมเลกุลพลังงานในระหว่างวันผ่านการสังเคราะห์ แต่ในเวลากลางคืนจะใช้ชุดที่แตกต่างกันของ metabolisms ที่จะบริโภคพลังงานที่เก็บไว้. เป็นกลางธรรมชาติจะต้องมีการ rewired ที่จะทำให้ เชื้อเพลิงชีวภาพตลอด 24 ชั่วโมง. จางวิจัยรวมถึงการพัฒนาเครื่องมือการแสดงออกของยีนทางเดินชีวสังเคราะห์ใหม่ทางเคมีและเครื่องมือในการควบคุม circadian สำหรับไซยาโนแบคทีเรีย. "ผมมั่นใจว่าในสองหรือสามปีเราจะมีเครื่องมือที่มีศักยภาพมากขึ้นในการสร้างระดับการแสดงออกของยีนและการกำหนดเวลา ซึ่งจะเร่งดำเนินการถูกต้องมากขึ้นและมีประสิทธิภาพ "เขากล่าว. นอกจากนี้ยังมีกลุ่มของเขาได้รับการทำงานในการพัฒนาระบบการควบคุมพลังในจุลินทรีย์ที่ทำหน้าที่เหมือนกับเมตรและวาล์วในโรงงานผลิตสารเคมีแบบดั้งเดิม - เมตรคำนวณความดันและการไหล และวาล์วควบคุมพวกเขา. "มัน biolo