باکتری های تحمل کننده حلال
در یک پژوهش علمی، برخی از محققان کشور هلند فرصت‌ها و چالش‌های موجود در خصوص استفاده از باکتری‌های مقاوم در بیوتکنولوژی صنعتی را مورد بررسی و ارزیابی قرار داده‌اند که در ادامه به آن پرداخته شده است. تولید مواد شیمیایی با ارزش در کارخانه سلولی میکروبی همواره با چالش سمیت این مواد و آسیب رسیدن به میزبان‌های میکروبی رو به رو بوده است. از این رو باکتری‌های مقاوم در برابر حلال، به دلیل خصوصیات ذاتی خود مانند تحمل بالا نسبت به ترکیبات سمی تولید شده، گونه‌های مناسبی برای تولید این ترکیبات هستند.
کاتالیزورهای زیستی مقاوم در برابر حلال‌ها
گذر از اقتصاد مبتنی بر منابع فسیلی به یک اقتصاد زیست‌بنیان با نوآوری و وجود یک سیستم پیچیده مشخص می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در شیمی سبز و بیوتکنولوژی، جزو عوامل اصلی در تولید مواد شیمیایی زیستی محسوب می‌شود. امروزه در دوران جدید بیوتکنولوژی، افزایش تقاضا برای مواد شیمیایی و داروهای سبز زیستی با پیشرفت سریع تحقیقات در زمینه فیزیولوژی میکروبی و مهندسی متابولیک مواجه شده است. تولید زیستی این ترکیبات از لحاظ اقتصادی با محصولات مشابه نفتی، قابل رقابت است؛ لذا ملاحظات زیست‌محیطی و نیاز به بهبود این محصولات، موجب توسعه فناوری و نوآوری در تولید این محصولات شده است.
یکی از مهم‌ترین چالش‌های تولید بیولوژیکی مواد شیمیایی و پلیمری با ارزش، انتخاب گونه میکروبی مورد استفاده برای تولید آن‌ها است. بسیاری از این مواد شیمیایی دارای خواص هیدروکربنی و حلال هستند که سمیت آن‌ها موجب آسیب رسیدن به سلول‌های میکروبی میزبان می‌شود. علاوه بر این، تولید محصولات پیچیده زیستی مانند O-CRESOL و 3-methylcatechol، به ترکیبات حلال سمی به عنوان سوبسترا یا مواد واسطه نیاز دارد. بنابراین، تحمل و مقاومت حلال در برابر مواد سمی یک ویژگی ضروری برای میزبان میکروبی در تولید بیولوژیکی مواد شیمیایی با ارزش و ترکیبات بیوپلیمری است.
چندین گونه از باکتری‌ها می‌توانند در حضور حلال‌های هیدروکربنی رشد کرده و زنده بمانند، بنابراین استفاده از آن‌ها به عنوان یک سیستم امیدوارکننده و سودمند برای تولید چنین ترکیبات سمی مورد توجه واقع شده است. این باکتری‌ها می‌توانند به طور مؤثری در برابر ترکیبات سمی مقاومت کنند و یا آن‌ها را تخریب کنند. بنابراین استفاده از باکتری‌های مقاوم در برابر حلال در تولید بیوکاتالیستی مواد شیمیایی به سرعت در حال افزایش است.
با این وجود، استفاده از این باکتری‌ها در فرایندهای بیولوژیکی، نیاز به درک کامل از ساز و کار تحمل کردن حلال‌ها دارد. با پیشرفت‌های اخیر در توالی ژنوم و مطالعات اومیکس باکتری‌های مقاوم در برابر حلال، گروه منحصر به فردی از ژن‌ها شناسایی شده‌اند که ویژگی‌های تحمل‌پذیری حلال را ارائه می‌دهند. درک بهتر این ویژگی‌ها با استفاده از ترکیب ابزارهای زیست‌شناسی مصنوعی پیشرفته، امکان توسعه بیشتر کاتالیزورهای زیستی تخصصی، کاربردهای جدید و بهبود فرایندهای تولید ترکیبات با ارزش را فراهم می‌کند که در ادامه برخی از مکانیزم‌های متدوال در این زمینه را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
مکانیزم‌های رایج مقاومت در برابر حلال‌ها
از زمان کشف اولین باکتری تحمل‌کننده حلال، تعدادی از گونه‌های شناخته شده به سرعت در حال گسترش است. با این وجود، دانش فعلی و درک مکانیسم‌های تحمل حلال‌ها و مواد سمی، عمدتاً از مطالعه گونه‌های مختلف سودوموناس پوتیدا (Pseudomonas putida) به دست آمده است. سایر گونه‌هایی که مکانیزم آن مورد بررسی قرار گرفته است عبارتند از:
Exiguobacterium sp., Pseudoalteromonas sp., Vibrio sp., Marinomonas sp., Paracoccus denitrificans, Halomonas sp.
کشف سویه‌های تحمل‌کننده حلال و ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌ها ممکن است به درک بهتر مکانیزم‌های مولکولی و فیزیولوژیکی باکتری کمک کند.
حلال‌های هیدروکربنی با مقدار log Po/w (لگاریتم نسبت غلظت مواد آلی در فاز آلی که بیانگر قطبیت ماده است) در محدوده یک تا چهار در غلظت‌های بسیار پایین سمی هستند زیرا این حلال‌ها به غشاء سلولی می‌چسبند و به درون آن‌ها نفوذ می‌کنند که موجب تغییر و تأثیر بر روی قطبیت سلول می‌شوند. آسیب غشایی مانع عملکردهای مهم مانند نفوذپذیری و داربست ماتریس ساختاری برای بسیاری از واکنش‌های متابولیکی و آنزیمی می‌شود. در نتیجه، آسیب‌دیدگی غشاء منجر به متلاشی شدن سلول‌های بنیادی، مهار رشد و در نهایت مرگ سلول می‌شود. برخی از حلال‌های هیدروکربنی و موارد استفاده صنعتی آن‌ها در جدول زیر بیان گردیده است.
جدول 1: حلال‌های هیدروکربنی و موارد استفاده صنعتی
| حلال هیدروکربنی | دسته‌بندی حلال | کاربرد صنعتی | LogPo/w |
| استون | اتر | حلال در لوازم آرایشی و بهداشتی، دارویی و پزشکی | 24/0- |
| اتیل استات | استر | حلال در فرمولاسیون پوشش برای اپوکسی ها، اورهات ها، اکریلیک ها و وینیل ها | 73/0 |
| نرمال-بوتانول | آلکانول زنجیره کوتاه | سوخت زیستی | 88/0 |
| فنول | آروماتیک | پیش‌ساز برای پلاستیک | 5/1 |
| بوتیل استات | استر | حلال | 78/1 |
| بنزن | آروماتیک | ماده اولیه تولید 3-methylcatechol | 2 |
| تولوئن | آروماتیک | ماده اولیه تولید 3-methylcatechol ،o-cresol و p-hydroxybenzoate | 69/2 |
| استایرن | آروماتیک | ماده اولیه تولید (S)-styrene oxide | 9/2 |
| 1-اکتان | آلکانول زنجیره بلند | حلال | 3 |
| اتیل بنزن | آروماتیک | تولید رنگ ، جلا دهنده و لاک | 3/3 |
| سیکلوهگزان | آلکان حلقوی | پیش‌ساز نایلون، اسید آدیپیک و caprolactam | 4/3 |
| زایلن | آروماتیک | ماده اولیه تولید 3-methylcatechol | 46/3 |
| نرمال هگزان | آلکان | حلال دانه‌های روغنی | 9/3 |
| 1-دکانول | آلکانول زنجیره بلند | حلال | 57/4 |
تحمل حلال‌های هیدروکربنی یک صفت چند عاملی است. سلول‌های باکتریایی از راه‌های مختلفی برای تغییر فیزیولوژی و بیان ژن استفاده می‌کنند تا از آسیب‌های سلولی ناشی از این حلال‌ها جلوگیری کنند. مکانیزم تحمل به طور گسترده‌تر در باکتری‌های گرم-منفی (gram-negative) نسبت به باکتری‌های گرم-مثبت (gram-positive) مورد مطالعه قرار گرفته است، اما در هر دو گروه مکانیزم مشابهی یافت می‌شود.
نقش غشاء در باکتری‌های تحمل‌کننده حلال
در حضور یک حلال هیدروکربنی، باکتری‌های گرم-منفی مقاوم، با تغییر ترکیب غشاء سلولی به اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع پاسخ می‌دهند. تشکیل اسیدهای چرب غیر اشباع توسط ایزومراز سیس-ترانس (Cti) پری‌پلاسمیک، تسریع می‌شود و این مواد به عنوان کاتالیست عمل می‌کنند. در P. putida DOT-T1E ،Cti در طول رشد لگاریتمی و فاز سکون و در حضور تولوئن در یک سطح ثابت باقی می‌ماند. به تازگی، یک مدل کاری از فعالیت Cti توسط Eberlein و همکارانش پیشنهاد شده است. در ابتدا، فعالیت Cti توسط محدودیت دسترسی به اسید چرب در شرایط ثابت و غیر استرسی به دلیل استحکام غشاء، تنظیم شده است. دو لایه غشاء پس از تعامل با حلال‌های هیدروکربن سیالیت بیشتری پیدا می‌کنند و با فعال کردن Cti هیدروفیل، به اسید چرب سیس دسترسی پیدا می‌کنند و آن‌ها را به ایزومر اسیدهای ترانس تبدیل می‌نمایند. اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع ترانس، استحکام غشاء را افزایش می‌دهند که به واسطه دمای انتقال فاز بالاتر نشان داده می‌شود. این ساختار غشایی سفت و سخت، با کاهش ورود حلال و تجمع آن در غشاء، در برابر حلال‌های هیدروکربنی مقاومت می‌کند. به طور مشابه، باکتری‌های گرم-مثبت ترکیب غشاء خود را به سمت یک ساختار سخت‌تر در حضور حلال‌های هیدروکربن با کاهش وابستگی غلظت به نسبت اسید چرب anteiso/iso، تغییر می‌دهند. این اصلاح در اسیدهای چرب باعث فشرده شدن ساختار غشایی و کاهش تجمع حلال‌های هیدروکربنی در آن‌ها می‌شود.
وزیکول غشاء بیرونی (OMV) یک محفظه کروی است که از غشاء خارجی باکتری‌ها (شامل فسفولیپید ها، LPS ها و مقادیر کم پروتئین غشاء خارجی) به عنوان پاسخ به تنش شرایط مختلف محیطی منتشر می‌شود. کپسوله کردن حلال‌های هیدروکربنی با تشکیل وزیکول غشایی، یک مکانیسم دفاعی مؤثر در گونه‌های P. putida مقاوم به حلال در حضور تولوئن است. با تشکیل این وزیکول غشاء، سلول به طور مؤثری تولوئن را با چسباندن آن به غشاء خارجی، دفع می‌کند.
پاسخ تنش‌های عمومی در مولکول
حضور حلال‌های هیدروکربن باعث پاسخ‌های تنش مشابه در هر دو نوع باکتری گرم-مثبت و گرم- منفی می‌شود. در چندین گونه باکتریایی که با حلال‌های هیدروکربن مواجه می‌شوند، تنظیم‌کننده‌های پاسخ تنش‌های عمومی مانند پروتئین شوک گرما و پروتئین شوک سرد، فعال می‌شوند. سایر اعضای سیستم پاسخ تنش عمومی ممکن است با حضور تولوئن تحریک شوند. این اعضا از قبیل اسکورت‌های مولکولی (chaperones)، اجزای واکنشی اکسیداسیون و دیگر پروتئین‌های مقاوم در گرم-منفی P. putida DOT-T1E و P. putida S12 و همچنین در گرم-مثبت B. subtilis می‌باشند.
انرژی زیستی و تعادل اکسیداسیون-احیا
مطالعات متعددی در مورد P. putida نشان داده است که حضور حلال‌های هیدروکربنی، باعث تنظیم اجزای چرخه تری‌کربوکسیلیک‌اسید (TCA) می‌شود و همچنین باعث افزایش میزان بازسازی NAD(P)H و کاهش رشد خواهد شد. بیان دیفرانسیلی پروتئین‌های مرتبط با چرخه TCA، غلظت NAD(P)H را تعدیل می‌کند و بنابراین در طول تنش حلال، اکسیداسیون-احیا (redox) متعادل می‌شود. تنظیم چرخه TCA و افزایش هم‌زمان میزان بازسازی NAD(P)H، سلول‌ها را برای مقابله با کاهش پتانسیل انرژی مرتبط با خروج سریع حلال از طریق پمپ‌های خروجی، قادر می‌سازد. به عنوان یک تصویر بیانگر، محتوای ATP، غلظت سلولی نوکلئوتید پتاسیم و آدنین و بار انرژی آدنیلات، در سلول‌های P. putida DOT-T1E که در حضور و یا عدم حضور 1-دکانول رشد کرده‌اند، همگی مشابه بودند. این یافته‌ها نشان‌دهنده متابولیسم مؤثر و انطباق انرژی باکتری‌های مقاوم در برابر حلال در مواجهه با حلال‌های هیدروکربنی سمی است.
تغییرات مورفولوژی سلولی
هر دو نوع باکتری گرم-مثبت و گرم-منفی در حضور حلال‌های هیدروکربنی، تغییراتی در مورفولوژی و اندازه سلول را به عنوان پاسخ ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، کاهش اندازه سلول در دو باکتری P. aeruginosa و Enterobacter sp پس از مواجهه با حلال‌های هیدروکربن مشاهده شده است. علاوه بر این، در حضور 0.6 درصد از ماده 3-methylbutan-1-ol، رشد رشته‌ای در باکتری B. licheniformis S-86 مشاهده شده است. با کاهش اندازه سلول، نسبت سطح به حجم سلول افزایش می‌یابد که باعث جذب بیشتر مواد مغذی می‌شود و با کاهش نسبت سطح به حجم سلول، سطح سلول کمتر در معرض بیرون قرار می‌گیرد که موجب خروج مؤثرتر حلال از سلول می‌شود.
کاربرد باکتری‌های مقاوم به حلال به عنوان کاتالیست زیستی در تولید مواد با ارزش
در حال حاضر استفاده از باکتری‌ها به عنوان کاتالیزور زیستی در تولید صنعتی مواد شیمیایی زیست‌پایه، داروها و مواد واسطه، ترجیح داده می‌شود. در واقع، این نوع مسیرهای سنتز به کوآنزیم‌ها، کوآفکتورها و واکنش‌های گام به گام/چند آنزیمی نیاز دارند که می‌توانند در دسترس انتخاب میکروارگانیسم‌ها باشند. در تولید بیولوژیکی مواد شیمیایی صنعتی، اغلب سمیت مواد اولیه یا محصول مانع از پیشرفت فرایند تولید می‌شود که ممکن است به شدت بر عملکرد محصول نهایی تأثیر گذارد. باکتری‌های مقاوم در برابر حلال‌های سمی برای تولید محصولات با ارزش به عنوان کاتالیزور زیستی مطلوب هستند، زیرا احتمال مانع شدن این ترکیبات سمی برای فعالیت این مواد بسیار کم است، بنابراین نتایج مطلوب را می‌توان به دست آورد.
ترکیبات ارزشمند که می‌توانند به راحتی با استفاده از باکتری‌های مقاوم در برابر حلال تولید شوند، شامل ترکیبات آروماتیکی ساده مانند فنل یا پی‌هیدروکسی‌بنزوات، و همچنین ترکیبات پیچیده‌تر مانند 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA)، 2-اکتانول و 15-بتا-هیدروکسی‌تستسترون (مخصوص مواد دارویی)، می‌شود. در جدول زیر برخی از مواد تولید شده توسط گونه‌های مختلف باکتری‌های مقاوم به حلال آورده شده است.
جدول 2: کاربرد باکتری‌های مقاوم به حلال به عنوان کاتالیست زیستی در تولید مواد با ارزش
| محصول | کاتالیست زیستی | سیستم مورد استفاده | بازده(درصد) (Cmolp/Cmols) |
| پی-هیدروکسی بنزوات | P. putida S12 expressing pal gene from Rhodosporidium toruloides | سیستم Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell | 5/8 |
| FDCA (2,5- furandicarboxylic acid) | P. putida S12 expressing hmfH gene from Cupriavidus basilensis HMF14 | سیستم Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell |
97 |
| Anthranilate | P. putida KT2440 expressing trpDC with [31TD$DIF]further optimizationof anthranilate production pathway | سیستم Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell | 6/3 |
| 2-اکتانول | P. putida DSM 12264 expressing CYP154A8 | سیستم Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell | N/A |
| 3-متیل کتکول | P. putida DOT-T1E containing pWW0 plasmid from P. putida KT2440 | سیستم دو فازی Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell (آلیفاتیک الکل به عنوان فاز دوم) |
N/A |
| فنول | P. taiwanensis VLB120 with minimalgenomic modification and expressing tpl gene from Pantoea agglomerans | سیستم Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell | 5/18 |
| پی-هیدروکسی استایرن | P. putida S12 expressing pal gene from R. toruloides and pdc gene from Lactobacillus plantarum | سیستم دو فازی Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell (دکانول به عنوان فاز دوم) | 1/4 |
| وانیلین | B. agri 13 | سیستم دو فازی Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell (بوتیل استات به عنوان فاز دوم) |
8/27 |
| نفتول | E. coli TG1 pBS(kan) TOM-Green expressing srpABC operonfrom P. putida S12 | سیستم دو فازی Fed-batch بیوکاتالیستی whole-cell (لوریل استات به عنوان فاز دوم) |
N/A |
اخیراً تولید ماده زیست‌پایه FDCA، به عنوان یک جایگزین سبز برای ماده ترفتالات در تولید پلی‌استر از 5-هیدروکسی‌متیل فورفورال (HMF) توسط گونه باکتری P. putida S12 گزارش شده است. بنابراین، ویژگی تحمل‌کنندگی حلال‌های سمی در سویه‌های میکروبی، موجب استفاده از حلال‌های هیدروکربنی و ترکیبات مشابه آن‌ها به عنوان ماده اولیه و واسطه‌ها برای تولید ترکیبات با ارزش بالا می‌شود. علاوه بر این، ویژگی‌های منحصر به فرد دیگر این باکتری‌ها، موجب تحمل کردن آن‌ها نسبت به طیف وسیعی از ترکیبات بالقوه سمی خواهد شد و آن‌ها را به انتخاب مناسبی برای فعالیت در بیوراکتورهای دو مرحله‌ای تولید محصولات تبدیل نموده است. چالش‌های اصلی در استفاده از باکتری‌های مقاوم به عنوان کاتالیزور زیستی، حفظ بازده تولید و پیچیدگی سیستم است.
باکتری‌های مقاوم در برابر حلال، به عنوان کاتالیزور زیستی در سیستم‌های زیستی دو فازی مناسب هستند. این سیستم‌ها با کاهش سوبسترای مصرفی و یا کاهش سمیت محصولات تولید شده، بازده را بهبود می‌بخشند. استفاده از حلال هیدروکربن به عنوان فاز دوم دارای مزایای متعددی از جمله کاهش سمیت در میزبان میکروبی و جلوگیری از هیدرولیز محصول است. علاوه بر این، فاز هیدروکربنی به عنوان مرحله استخراج هم‌زمان عمل می‌کند، بنابراین باعث ساده‌سازی فرایندهای پایین‌دستی، تصفیه و افزایش بازده محصولات نامحلول در آب می‌شود.
بیولوژی و مهندسی سنتز کاتالیست‌های زیستی پیشرفته
موضوع تداخل میزبان (Host interference) را می‌توان با کاهش پیچیدگی ژنوم توسط ساده‌سازی آن در ساختار میکروب برطرف کرد. ساده‌سازی ژنوم به طور گسترده‌ای در مهندسی گونه‌های باکتری صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رویکرد موجب افزایش تولید زیست‌توده، کاهش زمان دو برابر شدن، افزایش بازده تولید محصول و در نهایت باعث بهینه شدن سیستم می‌شود. بهینه‌سازی مسیر متابولیک می‌تواند عدم تعادل در جریان‌های مسیر را حل کند و تجمع مواد واسطه سمی را برای بازیابی تناسب سلولی کاهش دهد. انتقال توانایی‌های باکتری‌های مقاوم در برابر حلال به یک گونه میزبان صنعتی نیز یک استراتژی قابل قبول است. این استراتژی‌ها شامل رویکردهای امیدوار کننده برای بهره‌برداری از ویژگی‌های باکتری‌های مقاوم در برابر حلال‌ها جهت تولید طیف گسترده‌ای از ترکیبات ارزشمند با درجه پیش‌بینی و استحکام بالا می‌باشد. ابزارهای موجود و جدید برای زیست‌شناسی مصنوعی و داده‌های توالی سریع ژنومی در باکتری‌های مقاوم در برابر حلال، فرصت‌هایی را برای استفاده از این استراتژی‌ها به وجود می‌آورند.
بهبود ویژگی تحمل گونه در برابر ترکیبات سمی، گامی مهم در جهت ایجاد یک گونه قوی باکتریایی برای تولید صنعتی طیف وسیعی از ترکیبات ارزشمند است. با استفاده از یک سیستم نیمه‌ترکیبی (semisynthetic) مولکولی، وجود پروتئین‌های شوک حرارتی GrpE، GroESL و ClpB در E.Coli، یک پاسخ مناسبی برای تنش‌های ایجاد شده نسبت به تحمل اتانول، بوتانول نرمال و دیگر ترکیبات سمی را ایجاد نمود. یک سویه مهندسی و مشتق شده از E. coli TG1 برای پمپ جریان خروجی از P. putida S12 در تولید 1-نفتول در یک فرایند تخمیر دو فازی استفاده شد.
مسیرهای متابولیکی را با مشخص کردن و بهینه‌سازی نحوه بیان آنزیم و فعالیت آن‌ها از طریق مدولاسیون رونویسی، ترجمه و ویژگی‌های خاص آنزیمی، می‌توان بهینه‌سازی نمود. به عنوان مثال، در مطالعه ترانسکریپتومیک و پروتئومیکس ماده پی-هیدروکسی‌بنزوات تولید شده توسط گونه P-Putida S12، عوامل اصلی تخریب تیروزین شناسایی شدند. حذف متعاقب ژن hpd در تخریب پی-هیدروکسی‌بنزوات منجر به افزایش 22 درصدی تولید پی‌هیدروکسی‌بنزوات شد. همچنین بالاترین بازده در تولید میکروبی فنول توسط بهینه‌سازی گونه P. taiwanensis VLB120 به دست آمده است. برای بهینه‌سازی تولید فنل، مسیرهای کاتابولیک نسبت به ترکیبات آروماتیک و واسطه‌های شیکیمیت غیرفعال می‌شوند.
ساده‌سازی ژنوم در گونه‌های مختلف صنعتی میزبان مانند گونه E.coli و Streptomyces انجام شده است. یکی از این روش‌ها، استراتژی ساده‌سازی ژنوم بالا- پایین (Top-Down) می‌باشد. در این استراتژی، ژن‌های چندگانه میکروبی یا ژن‌های خوشه‌ای که برای میکروب غیر ضروری است، مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنند، به تخریب محصولات و واسطه‌ها کمک می‌کنند و یا موجب کاهش جریان متابولیسم نسبت به محصول مطلوب خواهند شد، حذف می‌شوند. استراتژی بالا- پایین به طور قابل توجهی موجب افزایش بازده زیست‌توده و حداکثر نرخ ویژه برای سنتز پروتئین در میزبان اصلاح شده P. putida EM329 و P. putida EM383 در مقایسه با گونه اولیه می‌شود.
نتیجه‌گیری و چشم‌اندازهای آینده
افزایش اطلاعات و درک دقیق‌تر مکانیسم باکتری‌های مقاوم در برابر حلال، پایه‌ای مهم برای تولید بیولوژیکی و ترکیبات چالش برانگیز محسوب می‌شود. با توجه به دوره گذار به اقتصاد زیستی، تنوع ترکیبات تولید شده در میزبان‌های میکروبی افزایش می‌یابد. با این حال تولید ترکیبات زیست‌پایه با ارزش افزوده بالا که اکثراً ترکیبات آروماتیکی هستند، به دلیل طبیعت ذاتی بسیاری از آن‌ها هم‌چنان چالش برانگیز است. سویه‌های تحمل‌کننده حلال در واقع نشان‌دهنده یک راه حل امیدوار کننده برای این مشکل است. درک عمیق‌تر از مکانیسم تحمل‌کنندگی حلال‌های سمی برای افزایش کاربرد صفات تحمل کننده حلال در توآن‌ها در تولید صنعتی مواد زیست‌پایه ضروری است.
با کمک ابزارهای مدرن زیست‌شناسی مصنوعی، ساده‌سازی ژنوم سویه‌های تحمل کننده حلال توسط استراتژی بالا- پایین، برای کاهش تداخل میزبان میکروبی و افزایش بازده تولید، امری ضروری است. در این رویکرد، کمترین خوشه‌های ژنی مورد نیاز برای تحمل حلال‌ها و ظرفیت بیوسنتز بدون ایجاد اختلال، باید شناسایی شود. پیاده‌سازی ابزارهای بیولوژیکی خاص مصنوعی، مانند ویرایش ژن کارآمد برای معرفی ویژگی ژنتیکی غیر مشابه و یا تنظیم‌کننده‌های رونویسی برای بهینه‌سازی مسیر، باعث تولید سریع سویه‌های بهینه شده می‌شود.
انتقال صفات تحمل‌کنندگی و مقاومت در برابر حلال‌ها به گونه‌های صنعتی موجود، ممکن است یک راهبرد جایگزین امیدوارکننده برای بهینه‌سازی تولید محصولات زیست‌پایه است. ابزارهای زیست‌شناسی مصنوعی مورد نیاز در حال حاضر برای صنایع صنعتی مشخص در دسترس است. چالش این استراتژی در به دست آوردن سطح ابراز مطلوب خوشه‌های ژن بیرونی در میزبان جدید آن‌ها است. تجزیه و تحلیل کامل و درک مکانیسم‌های تحمل‌کنندگی حلال و تأثیر متقابل این مکانیزم‌ها، باعث مرتفع شدن مشکلات و موانع موجود در زمینه استفاده صنعتی از سویه‌های مورد نظر خواهد شد.
این مطلب در تاریخ 16 مه 2018 در مجله Trends In Biotechnology منتشر شده است.
☑ نویسنده: Hadiastri Kusumawardhani
☑ ترجمه و بازنویسی: جواد طغیانی
☑ منبع
