测序表明进化如何破坏生物过程商业化

向可持续的生物基化学生产过渡对于绿色增长很重要，但是在大型工业规模的发酵中，工程细胞的生产率和产量经常下降。阻碍更多生物过程商业化的障碍很大程度上归因于大型立方钢罐的物理效率低下。

生物工程师长期以来一直在争论在大型工业规模生产的相对较短的时间过程中消除工程化生产细胞的进化是否现实。

根据《自然通讯》上发表的一项新研究，在限制生物过程中，进化的作用被低估了。

“使用一种新的超深DNA测序方法，我们发现进化会限制生物生产。我们可以利用这种见识来重新设计细胞工厂，以更大规模地工业化生产，” DTU诺和诺德基金会生物可持续性基金会中心细菌合成生物学部分教授兼科学总监Morten Sommer说。

有害进化被低估

来自诺和诺德基金会生物可持续性中心的研究表明，进化机制正在通过比以前预期的更广泛和更快的各种突变来限制扩大规模。

“使用一种新的超深DNA测序方法，我们发现进化会限制生物生产。我们可以利用这一见识重新设计我们的细胞工厂，以更大规模地工业化生产。”

研究结果表明，进化是扩大规模的更为重要的威胁，不能排除它限制了商业化大规模发酵的效率。

“在我们的案例研究中，非生产性细胞亚群的进化导致生产损失。进化的速度取决于生化产品，但是它肯定可以在工业时间范围内发生。这使得很难扩大生物基工艺的规模，”诺和诺德基金会生物可持续发展中心博士后Peter Rugbjerg说道。

尽管如此，通过使用成千上万个不同单元格的超深度测序，现在有可能在较早的进化过程中对放大和设计的不同错误模式进行评分。

研究人员现在正在验证他们的生物信息学方法，并通过与发酵公司合作来测试该问题在实际行业中的普及程度。

早期的进化决定了长期的命运

结果表明，化学生产细菌中的工程生产基因主要是由于非预期的突变和基因重排而突变，而不是较慢的经典点突变，即单核苷酸多态性(SNP)。突变使非生产细胞更适合竞争发酵罐的营养。

“我们发现，随着时间的流逝，对数千种生产有机体进行深度测序时，各种各样的遗传破坏使生产细胞变成了非生产细胞。细胞具有许多去除不需要的基因的内置方法，而事实证明，最重要的是在标准分析工具中被忽略了。”诺和诺德基金会生物可持续发展中心博士后Peter Rugbjerg说道。

最终导致生产完全丧失的进化突变体可以在低于0.1%的频率下很早地被检测到，这可能允许将来更早地鉴定失败的发酵。

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