Sunresin-Применение технологии адсорбции и разделения в синтетической биологии

1. Что такое синтетическая биология?

Синтетическая биология, известная как важный носитель «третьей биотехнологической революции», является новой междисциплинарной областью в 21 веке. Ее суть заключается в том, чтобы заставить клетки работать на человека и производить желаемые вещества. С помощью этой технологии многие продукты, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, могут быть синтезированы с использованием биологических методов.

Синтетическая биология — это новая междисциплинарная область, которая в основном фокусируется на проектировании, создании и применении биологических систем. Она объединяет знания и методы из различных областей, таких как инженерия и биология, стремясь использовать существующие биологические механизмы и технологии в природе, такие как биомолекулы и биологические реакции. Проектируя и создавая биологические системы и проектируя контролируемые сети генной регуляции, она достигает систематической биологической регуляции на молекулярном уровне внутри клеток.

2. Большой потенциал синтетической биологии в достижении углеродной нейтральности

Синтетическое биологическое производство является перспективным методом зеленого производства, и с глобальным потеплением и предложением углеродной нейтральности в разных странах, оно, несомненно, стало одним из потенциально оптимальных решений. Синтетическое биологическое производство может сократить потребление энергии и материалов в промышленных процессах, а также сократить выбросы отходов и загрязнение воздуха, воды и почвы, при этом значительно снизив производственные затраты и повысив конкурентоспособность промышленности.

В контексте глобальной и национальной пропаганды «углеродной нейтральности» синтетическая биология, несомненно, является очень хорошим решением. В 2014 году Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) опубликовала отчет «Новые политические вопросы в области синтетической биологии», в котором прогнозируется, что 35% химикатов и других промышленных продуктов в будущем могут включать биологическое производство.

Технология адсорбции и разделения, которой занимается Sunresin, представляет собой высокоэффективную платформу разделения и очистки с высокой экологичностью, высокой автоматизацией и хорошей точностью работы. Как ведущая мировая компания в отрасли технологий адсорбции и разделения, мы активно рассматриваем вопрос о том, как интегрировать наши более чем 20-летние накопления в области исследований и разработок и технологические преимущества в области адсорбции и разделения с национальным путем углеродной нейтральности, чтобы внести вклад в достижение целей двойного углерода и помочь оптимизировать и модернизировать процессы применения ниже по течению.

3. Применение технологии адсорбции и разделения в синтетической биологии

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

В настоящее время в процессе разделения и очистки в основном используются такие методы, как изоэлектрическая точечная кристаллизация, ионный обмен (неподвижный слой) и мембранное разделение. Однако эти методы имеют такие проблемы, как низкий выход целевого продукта, высокий расход химических реагентов, большой сброс сточных вод и значительное загрязнение окружающей среды.

Компания Sunresin разработала серию разделительных материалов для разделения и очистки ферментационного бульона, а также разработала прикладные процессы и системное оборудование для различных вариантов использования, предоставляя клиентам комплексные решения.

3.1 Опреснение, обесцвечивание и депротеинизация:
Ионообменные смолы, которые представляют собой комбинацию катионных и анионных смол, обычно используются для снижения проводимости до целевого уровня. Сильнокислотные, слабокислотные, сильноосновные и слабоосновные смолы используются в зависимости от свойств материала, таких как кислотная и щелочная устойчивость, а также удерживающая способность смолы.

Для обесцвечивания обычно используют сильноосновные анионные 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 селективного связывания с целевыми веществами и примесями для удаления. Адсорбционные смолы с большими порами и ионообменные смолы обычно используются для адсорбции с последующим анализом растворителя или кислотно-щелочным анализом.

3.3 Хроматографическое разделение:
Для адсорбции продукта и примесей с определенной емкостью используются ионообменные смолы или смолы с большими порами. Примеси удаляются градиентной промывкой, а продукт анализируется растворителями или кислотно-щелочными растворами средней концентрации. Смолу регенерируют растворителями или кислотно-щелочными растворами высокой концентрации.

3.4 Хроматографическое разделение:

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

3.4.2 Препаративная хроматография среднего и высокого давления.

4. Применение бутандиовой кислоты в синтетической биологии 

Применение бутандиовой кислоты в дальнейшем в основном заключается в синтезе PBS и BDO. На фоне политики «двойного углерода» биоразлагаемые пластики переходят к биоразлагаемым пластикам, открывая будущий дополнительный рынок для биоразлагаемых PBS. Хотя уже существует огромный существующий рынок для BDO, текущий метод производства не соответствует концепции «двойного углерода».

В связи с потребностью в синтезе PBS и BDO в нисходящей цепочке существует огромный потенциальный спрос на бутандиовую кислоту, особенно на бутандиовую кислоту, полученную с помощью синтетической биологии. Традиционный химический метод производства бутандиовой кислоты имеет ограниченное расширение мощностей, а методы синтетической биологии уже продемонстрировали преимущества в плане затрат, что делает их будущей тенденцией развития. Бутандиовая кислота будет производиться с помощью синтетической биологии для удовлетворения огромного спроса в нисходящей цепочке в будущем.

Метод химического синтеза (I) бутандиовой кислоты

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

Основным недостатком является высокое энергопотребление, а также такие факторы, как политические ограничения, высокая стоимость оборудования и сложная эксплуатация оборудования, которые ограничивают его применение в крупномасштабном и промышленном производстве.

Метод химического синтеза (II) бутандиовой кислоты

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

Эта реакция осуществляется при определенной температуре и давлении водорода. Основными ограничивающими факторами, влияющими на развитие этого процесса, являются чрезмерные выбросы углерода, выход чистоты и зольных примесей, а также выбор катализаторов из никеля или других драгоценных металлов.

Синтетический биологический процесс получения бутандиовой кислоты

Синтетический биологический процесс получения бутандиовой кислоты является экологичным и безопасным для окружающей среды методом производства.

Использование микробных штаммов для метаболической инженерии микроорганизмов, таких как дрожжи и кишечная палочка, само по себе является устойчивым и возобновляемым процессом, что значительно снижает загрязнение окружающей среды и обеспечивает лучшее решение для устойчивого развития.

В процессе биологического синтеза штаммы могут быть генетически модифицированы и отрегулированы, и даже оптимизированы для производительности посредством искусственной эволюции в анаэробных средах, чтобы выбрать оптимальный штамм для получения наивысшего выхода бутандиовой кислоты. Это приводит к продукту с более высокой чистотой и без химического загрязнения.