Zatory produkcji na skalę przemysłową
Branża biotechnologiczna wytwarza enzymy na potrzeby szerokiego wachlarza zastosowań od produkcji żywności po wytwarzanie leków i środków farmaceutycznych. Jednakże, fermentacja, która zachodzi w procesach na skalę przemysłową, ogranicza zakres komercyjnego wykorzystania biotechnologii i oznacza konieczność usprawnienia wydajności produkcyjnej. W finansowanym ze środków unijnych projekcie ATRIEM (Advanced training in industrial enzyme manufacturing) zajęto się dwoma obszarami problemowymi, związanymi z fermentacją zachodzącą przy produkcji na skalę przemysłową, a konkretnie - heterogenicznością komórkową oraz wydzielaniem się enzymów heterologicznych. Jednocześnie, projekt zapewniał szkolenia wysokiej jakości z zakresu molekularnych i komórkowych technik mikrobiologicznych adresowane do młodych naukowców, jak również możliwość nabrania doświadczenia w środowisku komercyjnym. Aby dociec, jak poszczególne komórki reagują na wysoki poziom wydzielania enzymów, naukowcy zbudowali fluorescencyjne układy związków aktywujących i reporterowych i sprawdzili ich odpowiedzi na różne ścieżki w procesach fizjologicznych i dyferencjacji. Poddane ekspozycji na fermentację zachodzącą pod wpływem dwóch modelowych enzymów, stosowanych w produkcji przemysłowej, układy te pozwoliły naukowcom monitorować ekspresję genów. Zaobserwowano, że ekspresja heterologicznych enzymów prowadziła do zastoju produkcyjnego, zarówno na poziomie populacji, jak i pojedynczych komórek, wyraźnie wskazując na przyczynę w postaci stresu, wywołanego reakcją na te enzymy. Dokładnie skwantyfikowano odpowiedź stresową, wywołaną działaniem enzymów, przejawiającą się w spadku produktywności a wyniki wskazały, że dzieje się tak za sprawą enzymów heterologicznych, a nie - natywnych. Uzyskane dane uwypuklają, jakie znaczenie ma koewolucja enzymu natywnego i jego naturalnego gospodarza, oraz wskazują na nowe strategie ulepszenia produktywności. Ponadto, naukowcy stwierdzili bezpośrednią korelację wydajności produkcyjnej z chromosomalną lokalizacją kasety ekspresyjnej enzymów. W ujęciu całościowym, działania, podjęte w ramach projektu ATRIEM, dostarczyły istotnych informacji o ograniczeniach produkcyjnych, napotykanych w przemyśle. Wykorzystanie zdobytej wiedzy ma potencjał, by doprowadzić do wypracowania nowych strategii usprawnienia wydajności technik biotechnologicznych.
Słowa kluczowe
Branża biotechniczna, projekt ATRIEM, niejednorodność komórkowa, enzymy heterologiczne, lokalizacja chromosomów
