Sunresin — применение технологии адсорбции и разделения в синтетической биологии

1. Что такое синтетическая биология?

Синтетическая биология, известная как важный носитель «третьей биотехнологической революции», — это развивающаяся междисциплинарная область XXI века. Ее суть заключается в том, чтобы заставить клетки работать на благо человека и производить необходимые вещества. Благодаря этой технологии многие продукты, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, могут быть синтезированы с использованием биологических методов.

Синтетическая биология — это новая междисциплинарная область, которая в основном фокусируется на проектировании, конструировании и применении биологических систем. Она объединяет знания и методы из различных областей, таких как инженерия и биология, с целью использования существующих в природе биологических механизмов и технологий, таких как биомолекулы и биологические реакции. Путем проектирования и конструирования биологических систем, а также разработки управляемых генных регуляторных сетей, она обеспечивает систематическую биологическую регуляцию на молекулярном уровне внутри клеток.

2. Огромный потенциал синтетической биологии в достижении углеродной нейтральности.

Синтетическое биологическое производство — это перспективный экологически чистый метод производства, и с учетом глобального потепления и предложений о достижении углеродной нейтральности в различных странах он, несомненно, стал одним из потенциально оптимальных решений. Синтетическое биологическое производство может снизить энергопотребление и потребление материалов в промышленных процессах, уменьшить выбросы отходов и загрязнение воздуха, воды и почвы, одновременно значительно снижая производственные затраты и повышая конкурентоспособность отрасли.

В контексте глобальной и национальной пропаганды «углеродной нейтральности» синтетическая биология, несомненно, предлагает очень хорошее решение. В 2014 году Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) опубликовала доклад «Новые политические вопросы в синтетической биологии», в котором прогнозируется, что в будущем 35% химических веществ и других промышленных продуктов могут производиться с использованием биологических технологий.

Технология адсорбции и разделения, которой занимается компания Sunresin, представляет собой высокоэффективную платформенную технологию разделения и очистки, отличающуюся высокой экологичностью, высокой степенью автоматизации и хорошей точностью работы. Будучи ведущей мировой компанией в отрасли адсорбционных и разделительных технологий, мы активно рассматриваем возможность интеграции нашего более чем 20-летнего опыта исследований и разработок, а также технологических преимуществ в области адсорбции и разделения с национальной программой достижения углеродной нейтральности, чтобы внести свой вклад в достижение целей по сокращению выбросов углерода и помочь оптимизировать и модернизировать процессы последующей обработки.

3. Применение адсорбционных и разделительных технологий в синтетической биологии

В процессе производства продуктов синтетической биологии сырье преобразуется в целевой продукт посредством микробной ферментации и присутствует в ферментационной среде. Ключевым фактором, ограничивающим производство и применение продуктов синтетической биологии, является разделение и очистка целевого продукта.

В настоящее время в процессах разделения и очистки в основном используются такие методы, как кристаллизация в изоэлектрической точке, ионный обмен (в неподвижном слое) и мембранное разделение. Однако эти методы имеют такие проблемы, как низкий выход целевого продукта, высокий расход химических реагентов, большой объем сброса сточных вод и значительное загрязнение окружающей среды.

Компания Sunresin разработала серию разделительных материалов для разделения и очистки ферментационных растворов, а также технологические процессы и системное оборудование для различных областей применения, предоставляя клиентам комплексные решения.

3.1 Опреснение, обесцвечивание и депротеинизация:
Ионообменные смолы, представляющие собой комбинацию катионообменных и анионных смол, обычно используются для снижения проводимости до целевого уровня. Смолы, обладающие сильными кислотными, слабыми кислотными, сильными щелочными и слабыми щелочными свойствами, используются в зависимости от свойств материала, таких как кислото- и щелочестойкость, а также способность удерживать смолу.

Для обесцвечивания обычно используются сильнодействующие основные анионообменные смолы или адсорбционные смолы с большими порами. Они также могут удалять некоторые белки.

3.2 Адсорбция продукта и примесей:
Смолы со специфическими функциональными группами могут использоваться для избирательного связывания с целевыми веществами и примесями с целью их удаления. Для адсорбции обычно используются адсорбционные смолы с большими порами и ионообменные смолы, после чего проводится анализ с помощью растворителя или кислотно-щелочного анализа.

3.3 Хроматографическое разделение:
Для адсорбции продукта и примесей с определенной емкостью используются ионообменные смолы или смолы с крупными порами. Примеси удаляются методом градиентной промывки, а продукт анализируется с помощью растворителей или кислотно-щелочных растворов средней концентрации. Смола регенерируется с помощью растворителей или кислотно-щелочных растворов высокой концентрации.

3.4 Хроматографическое разделение:

3.4.1 Непрерывная хроматография SSMB для опреснения, удаления примесей, обесцвечивания и регенерации маточного раствора;

3.4.2 Препаративная хроматография среднего и высокого давления.

4. Применение бутандиовой кислоты в синтетической биологии 

Основное применение бутандиовой кислоты в последующих процессах — синтез полибутиленсукцината (PBS) и бензодиоксина (BDO). В условиях политики «двойного углерода» биоразлагаемые пластмассы переходят к биоразлагаемым пластмассам, открывая в будущем дополнительный рынок для биоразлагаемого PBS. Хотя рынок BDO уже огромен, существующий метод производства не соответствует концепции «двойного углерода».

В связи с растущим спросом на синтез PBS и BDO, существует огромный потенциальный спрос на бутандиовую кислоту, особенно на бутандиовую кислоту, производимую с помощью методов синтетической биологии. Традиционный химический метод производства бутандиовой кислоты ограничивает возможности расширения производственных мощностей, а методы синтетической биологии уже продемонстрировали экономические преимущества, что делает их перспективным направлением развития. В будущем бутандиовая кислота будет производиться с помощью синтетической биологии для удовлетворения огромного спроса со стороны потребителей.

Метод химического синтеза (I) бутандиовой кислоты

Метод химического синтеза I: Электрохимический метод, способ синтеза бутандиовой кислоты посредством электрохимических окислительно-восстановительных реакций.

Главным недостатком является высокое энергопотребление, а также такие факторы, как политические ограничения, высокая стоимость оборудования и сложность его эксплуатации, что ограничивает его применение в крупномасштабном и промышленном производстве.

Метод химического синтеза (II) бутандиовой кислоты

Реакция гидрирования малеинового ангидрида — это процесс получения бутандиовой кислоты путем гидрирования цис-бутендиового ангидрида водородом в присутствии катализатора.

Эта реакция проводится при определенной температуре и давлении водорода. К основным ограничивающим факторам, влияющим на развитие этого процесса, относятся чрезмерные выбросы углерода, выход продукта, его чистота и содержание зольных примесей, а также выбор никелевых или других катализаторов из драгоценных металлов.

Синтетический биологический процесс получения бутандиовой кислоты

Синтетический биологический процесс получения бутандиовой кислоты — это экологически чистый и безопасный для окружающей среды метод производства.

Использование микробных штаммов для метаболической инженерии микроорганизмов, таких как дрожжи и кишечная палочка, делает сам процесс устойчивым и возобновляемым, значительно снижая загрязнение окружающей среды и предлагая лучшее решение для устойчивого развития.

В процессе биологического синтеза штаммы могут быть генетически модифицированы и регулированы, а также оптимизированы для повышения производительности посредством искусственной эволюции в анаэробных условиях, чтобы отобрать оптимальный штамм для получения максимального выхода бутандиовой кислоты. Это приводит к получению продукта с более высокой чистотой и без химического загрязнения.