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Synthetic platforms for ad libitum remodelling of yeast central metabolism

Description du projet

Un chromosome synthétique spécialisé contenant tous les gènes de la levure codant pour des enzymes métaboliques

La biotechnologie, comme son nom l’indique, utilise des systèmes biologiques pour créer de nouveaux produits, processus et même organismes pour la société. Les voies métaboliques des microbes, vastes, complexes et très efficaces, offrent de nombreuses possibilités pour une synthèse chimique plus écologique et plus durable. Tirer parti de ces voies métaboliques peut s’avérer difficile, car les gènes qui les contrôlent sont disséminés dans le génome. En utilisant la levure Saccharomyces cerevisiae, le projet AdLibYeast, financé par le Conseil européen de la recherche, développera un guichet unique pour les gènes codant pour des enzymes. Plus précisément, l’équipe concevra et construira une plateforme de levure contenant tous les gènes codant pour les enzymes impliquées dans le métabolisme central du carbone sur un chromosome synthétique spécialisé, ce qui permettra de recourir à une approche modulaire de l’ingénierie du métabolisme central.

Objectif

Replacement of petrochemistry by bio-based processes is key to sustainable development and requires microbes equipped with novel-to-nature capabilities. The efficiency of such engineered microbes strongly depends on their native metabolic networks. However, aeons of evolution have optimized these networks for fitness in nature rather than for industrial performance. As a result, central metabolic networks are complex and encoded by mosaic microbial genomes in which genes, irrespective of their function, are scattered over the genome and chromosomes. This absence of a modular organization tremendously restricts genetic accessibility and presents a major hurdle for fundamental understanding and rational engineering of central metabolism. To conquer this limitation, I introduce the concept of ‘pathway swapping’, which will enable experimenters to remodel the core machinery of microbes at will.
Using the yeast Saccharomyces cerevisiae, an industrial biotechnology work horse and model eukaryotic cell, I propose to design and construct a microbial chassis in which all genes encoding enzymes in central carbon metabolism are relocated to a specialized synthetic chromosome, from which they can be easily swapped by any – homologous or heterologous – synthetic pathway. This challenging and innovative project paves the way for a modular approach to engineering of central metabolism.
Beyond providing a ground-breaking enabling technology, the ultimate goal of the pathway swapping technology is to address hitherto unanswered fundamental questions. Access to a sheer endless variety of configurations of central metabolism offers unique, new possibilities to study the fundamental design of metabolic pathways, the constraints that have shaped them and unifying principles for their structure and regulation. Moreover, this technology enables fast, combinatorial optimization studies on central metabolism to optimize its performance in biotechnological purposes.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2014-CoG

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Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Contribution nette de l'UE
€ 2 149 717,50
Coût total
€ 2 149 717,50

Bénéficiaires (1)