Worcester, Mass.-2008 년 10 월 27 일-옥수수 줄기 또는 목재 칩과 같은 비 식품 식물 제품에서 생산 된 바이오 연료는 상업적 현실이 될 수 있습니까? 식물을 백신이나 항암제를 재배하도록 설계 할 수 있습니까? 이 질문들과 다른 질문들은 오늘 WPI의 생명 과학 및 게이트웨이 파크의 심포지엄에서 슬롯 사이트 (WPI)와 ARKANSAS Bioscience Institute (ABI)의 연구원들이 탐구했습니다.
일반적으로 이러한 질문에 대한 답변은 곧 "예"일 수 있으며 WPI와 ABI의 팀은 이러한 목적에 도달하는 데 필요한 과학과 기술을 발전시키고 있습니다. “대부분의 인류 역사에서 슬롯 나라과 미생물은 약용 제품, 연료 및 특수 화학 물질의 원천이었습니다. 따라서 우리가하는 일은 미래의 연속 접근 방식입니다.
“아칸소에있는 동료들과 함께, 우리는 우리의 에너지 요구를 충족시키고 건강한 사회와 환경에 필수적인 새로운 제약 및 기타 화학 빌딩 블록을 만들기 위해 슬롯 나라과 미생물을 사용할 수있는 기술을 개발하고 생물학을 이해하는 데 좋은 진전을 보이고 있습니다.
오늘 심포지엄의 프레젠테이션의 초록은 다음과 같습니다.
"슬롯 나라 생산 소형 및 대 분자 치료제"
Pamela J. Weathers, 생물학 및 생명 공학과, WPI 박사 과정 교수
슬롯 나라은 자연적으로 질병의 치료 및 살충제로 사용 된 테르펜 및 알칼로이드와 같은 많은 귀중한 소분자를 생산합니다. 보다 최근에 슬롯 나라은 또한 치료 단백질과 같은 대규모 분자에 적합한 생산량으로 제안되었다. 큰 규모로 크고 작은 분자량 생성물을 생성하기 위해 슬롯 나라을 활용하는 것은 어려웠습니다. 필드 플랜트는 가장 비싼 생산 방식이지만 조건을 통제 할 수 없으며 종종 트랜스 제닉 플랜트의 현장 문화에 대한 정치적 저항이 있습니다. 여기에서 우리는 고유 및 형질 전환 슬롯 나라 모두가 치료 단백질, 트랜스 제닉 담배 뿌리에서 뮤린 인터루킨 -12 (M-IL-12)의 생산을 위해 저렴한 생물 반응기에 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 두 가지 예를 보여줍니다.
"슬롯 나라 연료 : 연료 논쟁"
Alex Diiorio, PhD, Bioprocess Center의 이사, Chris McPhee, MS Lab Manager, Bioprocess Center, WPI
Biofuels 생산, 특히 미국의 에탄올 생산은 2000 년 이후 2000 년 전체 가솔린 풀의 1 % 또는 2000 년의 16 억 갤런에서 2005 년까지 2.85 % 및 39 억 갤런의 1 %에서 급격히 증가했습니다. 2007 년의 총 생산 잠재력은 거의 65 억 갤런이었으며, Ethanol 갤런의 세계를 거의 이끌었습니다. 미국과 브라질은 세계 총 에탄올 생산의 90 % 이상을 차지하지만 충분합니까? 그리고 우리는 올바른 방향으로 향하고 있습니까? 미국에서 에탄올 생산의 기초 인 옥수수의 에탄올은 브라질의 에탄올 생산의 기초 인 사탕 수수와 같은 다른 공급원과 비교할 때 심각한 비효율적 인 과정입니다. 옥수수는 에이커 당 320 ~ 420 갤런의 에탄올에 불과하며, 설탕 지팡이는 에이커 당 720 ~ 870 갤런의 브라질 범위입니다. 식품 작물 인 옥수수의 에탄올은 결국 식품 시장과 경쟁하여 가격이 상승 할 것입니다. 이것이 현재 일어나고 있다는 증거가 상충됩니다. 셀룰로오스 에탄올은이 방법이 대부분의 이용 가능한 바이오 매스를 사용하기 때문에 본질적으로 많은 농도의 설탕을 소유하고있는 슬롯 나라에서 이용할 수있는 것보다 훨씬 높은 효율을 약속합니다. 리그닌 및 헤미 셀룰로오스와 같은 복잡한 탄수화물 구조는 슬롯 나라 유래 공급 원료에서 발효성 설탕을 방출하는 데 강력한 기술적 장벽을 제시합니다. 이러한 장벽을 극복하기 위해 특별히 설계된 기술은 현재 리그닌 장벽을 파괴하도록 설계된 기계/화학 기술에서 효소 칵테일, 그리고 최종적으로 이러한 복잡한 구조 물질의 "슈퍼 소화기"를 설계하기위한 유전자 공학 기술에 이르기까지 개발 중입니다. WPI 바이오 프로세스 센터에서, 자연적으로 발생하는 유기체가 분리되었고, 이들의 유전자는 개선되고 비용 효율적인 셀룰로 용해성 분해를 위해 향상된 효소를 생성하도록 변형되었다. 우리의 지속적인 노력의 일환으로 해부 된 흰개미 장으로 시작합니다. 고유 유기체는 강화 된 효소 활성을 생성하기 위해 재배되고 변형되었습니다..
"Arkansas Bioscience Institute : 그것이 무엇인지, 연구 활동"
Carole Cramer, Arkansas State University의 Arkansas Bioscience Institute의 박사 상무 이사
Arkansas Biosciences Institute는 2000 년 Arkansas의 담배 정착 절차 법이 자금을 지원하는 5 명의 연구 컨소시엄입니다. 컨소시엄은 아르칸 산과 국가의 건강을 강화하는 오랜 목표를 가진 농업 및 의학의 최첨단 연구에 중점을두고 있습니다. 아칸소 주립 대학 (Arkansas State University)에서는 2004 년 9 월에 개최 된 그랜드 오프닝과 함께이 새로운 노력을 수용하기 위해 새로운 최첨단 연구 건물이 건설되었습니다. 2004 년부터 4 가지 목표 영역에서 동적 인 학제 간 연구 클러스터가 개발되었습니다. 슬롯 나라 대사 공학; 식품 과학 분자 혁신; 환경, 농업 및 인간 질병의 인터페이스. 이 연구소는 슬롯 나라 전환 및 전파, 분석 기기 및 현미경에서 우수한 지원 시설을 제공합니다. 또한 슬롯 나라 생물학 및 슬롯 나라 기반 바이오 생산물에 중점을 둔 연구자들과 인간 질병, 중독, 신경 생물학 및 백신 개발에 대한 연구와 관련된 연구자들 사이의 독특한 인터페이스를 제공합니다. “인터페이스에서의 발견”의 예와 과학을 상업화로 옮기려는 노력이 강조 될 것입니다.
“슬롯 나라에도 비타민 C가 필요한 많은 이유!”
Argelia Lorence, Arkansas Bioscience Institute, Arkansas State University의 대사 공학 박사 학위
인간과 몇몇 다른 동물들은 비타민 C (아스 코르 베이트, ASA)를 합성 할 수 없으므로이 영양소에 대한 요구 사항을 충족시키기 위해식이 공급원, 주로 신선한 과일 및 생산에 의존합니다. 슬롯 나라에서 ASA는 광합성, 세포 분열 및 스트레스 내성과 같은 필수 생리 학적 과정에서 역할을하는 주요 탄수화물 및 항산화 제 중 하나입니다. 화학체로서의 아스 코르 베이트는 오래된 분자이지만, 슬롯 나라 이이 비타민을 만드는 방법의 설명은 최근의 발견입니다. 4 개의 다른 경로는 슬롯 나라에서 기능적 인 것으로 알려져 있으며, 그중 하나는 우리 그룹이 Myo-inositol (MI)을 주요 전구체로 포함하는 것으로 제안했습니다. 우리는 MI 옥 시게나 제 (MIOX4) 및 L-Gulono-1,4- 락톤 산화 효소 (Gloase), ASA 로의 Mi 경로에 관여하는 효소를 과발현하여 아라비돕시스에서 ASA 수준을 높였다. 현재의 목표 중 하나는 이러한 높은 ASA 라인의 스트레스 내성과 성장을 연구하는 것입니다. MIOX4 및 Gloase Over-Expresser는 다양한 유형의 비 생물학적 스트레스로 도전했으며 성장과 성능은 야생형 대조군과 비교되었습니다. 더 높은 ASA 함량 (2 내지 3 배)을 함유하는 MIOX4 또는 글로스 라인은 대조군과 비교할 때 소금, 감기, 열, 높은 빛 및 메틸 비오 겐에 더 내성적이었다. 또한 공중 및 지하 조직의 성장이 향상되었습니다. 또한, 이들 라인은 염소화 탄화수소 인 트리클로로 에틸렌 (Trichlorethylene)과 같은 일반적인 환경 오염 물질에 대한 내성을 나타냈다. 이러한 광범위한 응력-불변 반응은 ASA가 반응성 산소 종을 해독하는 능력에 기인 한 가능성이 높습니다. 또한 ASA 로의 MI 경로에 관여하는 두 가지 새로운 효소의 특성화와 초식 동물과 도전 할 때 이러한 높은 ASA 겨자 선이 어떻게 반응하는지 조사하려는 노력에 대한 우리의 진전을 제시 할 것입니다. 비타민 C가 증가하는 엔지니어링 작물은 노화 지연, 바이오 매스 증가, 스트레스 내성 및 phytoremediation 능력을 향상시킬 수 있습니다.
"형질 전환 옥수수 생산 시스템으로부터의 슬롯 나라 매스 전환을위한 셀룰라아제 효소"
Elizabeth Hood, PhD, Arkansas State University, Arkansas Bioscience Institute, 연구 및 기술 이전 부총장
리그 노 셀룰로스 에탄올의 생산을 통한 주요 제약 중 하나는 공급 원료를 소화하는 데 필요한 효소의 비용과 부피입니다. 상품 작물에서 생산 된 효소는이 두 가지 문제를 모두 해결할 수 있습니다. 우리는 종자에서 e1 그들의 E1 -D- 글루코시다 제 및 Cellobiohydrolase I을 생산하는 형질 전환 옥수수 슬롯 나라을 개발했습니다. 두 효소에 대한 1 세대 종자의 효소 양은 총 가용성 단백질의 17 %만큼 높았다. 우리의 결과 효소 양은 세포 내 위치 및 유전자 발현을 유도하는 데 사용되는 프로모터를 포함한 여러 요인에 의해 영향을 받음을 시사한다. 남부 혼성화 분석은 유전자가 게놈 당 하나의 사본으로 존재하여 육종 및 조절 문제를 단순화한다는 것을 나타냅니다. 단백질 축적은 번식을 통해 여러 세대에 걸쳐 몇 배를 증가시킬 수 있으며 (Hood et al., 2003), 셀룰라아제 축적이 건조 중량의 3-5 %로 향상 될 수있을 것으로 기대합니다. 이러한 농도의 셀룰라아제는 에탄올 산업에 대한 바이오 매스 발달을위한 비용 효율적인 효소 공급을 제공 할 수있다.
"효모의 멋진 힘"
Reeta Prusty Rao, PhD, 생물학 및 생명 공학과, WPI
“효모의 멋진 힘 (유전학)” - 현재 Princeton University의 통합 유전체학 교수 인 David Botstein 교수의 인용 적응. Botstein 교수는 1980 년대 베이커 (또는 양조장) 효모에서 가능한 우아한 유전학을 언급하고 있었으며, 이는 과학자들이 효모와 함께 일하지 않는 부러움의 대상이되었습니다..Saccharomyces cerevisiae는 단순하고 안전하며 빠르며 쉽게 진핵 생물 유기체이기 때문에 유전체학 및 분자 유전자 연구의 한계를 계속 추진하고 있습니다. 내 실험실 사용s. Cerevisiae곰팡이 병인의 기본 메커니즘을 이해합니다. 예를 들어, 곰팡이가 2 차 대사 산물을 신호로 인식하고이를 그들에게 유익한 방식으로 통합하는 방법. 이 신호 전달 경로에 대한 명확한 이해는 미생물 의사 소통을 방해하여 감염 과정을 방해 할 수 있습니다. 또한 우리는 게놈 접근법을 사용하여 항진균제 약물 발달의 표적으로서 새로운 독성 인자를 식별합니다. 잠재적 인 약물 표적은 높은 처리량 스크린에 적용되어 기능을 억제하는 소분자를 식별합니다. 우리는 또한에서 사용할 수있는 강력한 유전자 및 게놈 도구를 사용합니다.s. Cerevisiae분자 수준에서 악의적 인 약물의 작용 방식을 이해합니다. 이러한 정보는 약물의 효능을 높이거나 부작용을 줄이는 데 사용될 수 있습니다. 마지막으로 우리는 셀룰로오스 공급 원료로부터 에탄올 생산을 증가시키기 위해 유전자 변형 효모를 변형시키고있다.
