Intensifikasi Proses untuk Produksi Protein Rekombinan pada E. coli melalui Identifikasi Node Aktif dalam Metabolisme Seluler dan Analisis Keseimbangan Fluks Dinamis

ABSTRAK
Media kompleks yang dilengkapi dengan sumber karbon umumnya digunakan dalam bioproses untuk produksi protein rekombinan pada Escherichia coli . Mengoptimalkan proses ini menantang dan memerlukan pemahaman yang tepat tentang metabolisme seluler dan kebutuhan nutrisi. Dibandingkan dengan pendekatan desain eksperimen yang memerlukan eksperimen ekstensif, pemodelan metabolik menggunakan model metabolik skala genom (GEM) menawarkan pendekatan yang lebih prediktif dan sistematis untuk memandu pengoptimalan proses dengan mengidentifikasi hambatan metabolik tertentu. Selain itu, analisis media bekas (SMA) dapat mengungkap pemanfaatan preferensial berbagai komponen media selama bioproses. Di sini, kami mengintegrasikan GEM E. coli yang diperbarui dengan data SMA jangka waktu dari proses fed-batch dan melakukan analisis keseimbangan fluks dinamis (dFBA) untuk mengidentifikasi metabolit yang berfungsi sebagai simpul aktif dan vital untuk fungsi seluler. Ini adalah suplemen target potensial untuk meningkatkan aktivitas seluler dan pada gilirannya produktivitas protein rekombinan. Dengan menggunakan pendekatan iteratif untuk melakukan fermentasi, SMA, dan pemodelan metabolik, kami mengintensifkan bioproses hanya dalam lima uji coba eksperimental, yang menghasilkan peningkatan enam kali lipat dalam produktivitas protein. Strategi pemberian pakan baru kami melibatkan ekstrak ragi dengan suplementasi asam amino (Ser, Thr, Asp, dan Glu) dan peningkatan laju transfer oksigen. Pendekatan ini menunjukkan janji yang signifikan untuk aplikasi dalam intensifikasi bioproses.