Facilitation of Bio-manufacturing Research Through Metabolic Pathway Analysis Simulation
Aplikace | 2024 | ShimadzuInstrumentace
Bio‐výroba založená na metabolických drahách nabízí udržitelnou alternativu k chemické syntéze s nižší spotřebou energie a menším dopadem na životní prostředí. Analýza metabolických drah umožňuje pochopit a optimalizovat procesy, při nichž mikroorganismy přeměňují substráty na cílové biofarmaceuticky významné molekuly, jako je orsellinová kyselina.
Cílem studie bylo simulovat a maximalizovat produkci orsellinové kyseliny v různých transgenních kmenech Escherichia coli BL21(DE3) („Strain 1“ s plazmidem X, „Strain 2“ s plazmidy X a Y a „Strain 3“ s X, Y a Z) po 12, 24 a 48 hodinách kultivace měřením jak buněčných frakcí, tak supernatantů.
Vzorky připravené podle standardního protokolu systému SPL-M100 byly analyzovány na přístroji GCMS-TQ8040 NX v režimu Multiple Reaction Monitoring (MRM). Celkem byly za 23 minut současně kvantifikovány 504 metabolitů (aminokyseliny, nukleotidy, mastné a organické kyseliny). Pro simulaci metabolických drah a návrh experimentálních podmínek bylo využito softwaru SIMCA 18 ve spojení s multi-omics analysis package pro korelaci a projekci výsledků.
Studie potvrdila, že kombinace GC-MS MRM analýzy a pokročilých simulačních nástrojů vede k efektivní optimalizaci produkce orsellinové kyseliny v E. coli. Tento přístup nabízí perspektivu pro vývoj udržitelných biotechnologických procesů s aplikacemi v průmyslu i environmentálním výzkumu.
GC/MSD, GC/MS/MS, GC/QQQ
ZaměřeníFarmaceutická analýza, Metabolomika
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Bio‐výroba založená na metabolických drahách nabízí udržitelnou alternativu k chemické syntéze s nižší spotřebou energie a menším dopadem na životní prostředí. Analýza metabolických drah umožňuje pochopit a optimalizovat procesy, při nichž mikroorganismy přeměňují substráty na cílové biofarmaceuticky významné molekuly, jako je orsellinová kyselina.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo simulovat a maximalizovat produkci orsellinové kyseliny v různých transgenních kmenech Escherichia coli BL21(DE3) („Strain 1“ s plazmidem X, „Strain 2“ s plazmidy X a Y a „Strain 3“ s X, Y a Z) po 12, 24 a 48 hodinách kultivace měřením jak buněčných frakcí, tak supernatantů.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky připravené podle standardního protokolu systému SPL-M100 byly analyzovány na přístroji GCMS-TQ8040 NX v režimu Multiple Reaction Monitoring (MRM). Celkem byly za 23 minut současně kvantifikovány 504 metabolitů (aminokyseliny, nukleotidy, mastné a organické kyseliny). Pro simulaci metabolických drah a návrh experimentálních podmínek bylo využito softwaru SIMCA 18 ve spojení s multi-omics analysis package pro korelaci a projekci výsledků.
Hlavní výsledky a diskuse
- V každé sadě vzorků bylo detekováno přibližně 400 metabolitů.
- Nejvyšší akumulace orsellinové kyseliny byla pozorována u kmenů Strain 3 obsahujících plazmid Z.
- Po 12 hodinách kultivace došlo v buňkách ke poklesu koncentrace orsellinové kyseliny, což naznačuje její uvolnění do supernatantu nebo přeměnu na další sloučeniny.
- Simulace pomocí funkce score space search v SIMCA 18 umožnila identifikovat klíčové metabolity (např. alanin, glycin) ovlivňující akumulaci orsellinové kyseliny.
Přínosy a praktické využití metody
- Umožňuje rychlejší návrh a optimalizaci bioprocesů pro produkci farmaceutických prekurzorů.
- Integrace dat z buněk a média usnadňuje identifikaci digitálních biomarkerů.
- Podpora ekologických studií lišejníků, které orsellinovou kyselinou indikují kvalitu ovzduší.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozšíření simulací na další mikrobiální produkty a patřící metabolomy.
- Prohloubení multi-omics integrace pro komplexnější modelování metabolismu.
- Využití orsellinové kyseliny jako markeru pro environmentální monitorování znečištění.
Závěr
Studie potvrdila, že kombinace GC-MS MRM analýzy a pokročilých simulačních nástrojů vede k efektivní optimalizaci produkce orsellinové kyseliny v E. coli. Tento přístup nabízí perspektivu pro vývoj udržitelných biotechnologických procesů s aplikacemi v průmyslu i environmentálním výzkumu.
Reference
- Gao H. a kol. Filamentous Fungi-Derived Orsellinic Acid-Sesquiterpene Meroterpenoids: Fungal Sources, Chemical Structures, Bioactivities, and Biosynthesis, přístup 6. 6. 2024
- Lichens as Bioindicators, National Park Service, přístup 6. 6. 2024
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Metabolic Pathway Analysis Solutions
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E103 Metabolic Pathway Analysis Solutions Metabolic Pathway Metabolic pathways are the chain of chemical and enzymatic reactions that occur within a cell in living organisms to support their life. They are a series of reaction pathways that include intermediates from…
Klíčová slova
day, daymetabolic, metabolicculture, culturepathway, pathwaypackage, packagemutant, mutantmetabolites, metabolitessystem, systemhomocysteine, homocysteineflies, fliesmedium, mediummeasurement, measurementmetabolomics, metabolomicsmethionine, methioninewild
Shimadzu Selection Guide Metabolite Analysis - Metabolomics Product Portfolio
2019|Shimadzu|Brožury a specifikace
C146-E280D Selection Guide Metabolite Analysis Metabolomics Product Portfolio Expanding Metabolomics Metabolomics refers to an array of techniques used to comprehensively detect and analyze various metabolites formed in vivo during biological activity. The qualitative and quantitative changes in metabolites reflect the…
Klíčová slova
acid, acidsba, sbametabolites, metabolitesdatabase, databasepackage, packageacids, acidsmetabolomics, metabolomicsanalysis, analysisphospholipid, phospholipidamino, aminomediators, mediatorsmonophosphate, monophosphatecooh, coohmrm, mrmlcms
Selection Guide Metabolite Analysis - Metabolomics Product Portfolio
2019|Shimadzu|Brožury a specifikace
C146-E280D Selection Guide Metabolite Analysis Metabolomics Product Portfolio Expanding Metabolomics Metabolomics refers to an array of techniques used to comprehensively detect and analyze various metabolites formed in vivo during biological activity. The qualitative and quantitative changes in metabolites reflect the…
Klíčová slova
acid, acidsba, sbametabolites, metabolitesdatabase, databasepackage, packageacids, acidsmetabolomics, metabolomicsanalysis, analysisphospholipid, phospholipidamino, aminomediators, mediatorsmonophosphate, monophosphatecooh, coohmrm, mrmlcms
Evaluation of the Deliciousness of Artifcial Meat
2021|Shimadzu|Příručky
C10G-E090 Evaluation of the Deliciousness of Artificial Meat Introduction According to a June 2019 report by the United Nations, the world population will increase from 7.7 billion to 9.7 billion in 2050. It states that due to rapid population growth,…
Klíčová slova
acid, acidamino, aminomeat, meatnucleic, nucleicvitamin, vitamintexture, texturepbm, pbmchicken, chickenforce, forcefracture, fracturebeef, beefother, othercell, cellcomparison, comparisonacids