Μεταβολική μηχανική

Η μεταβολική μηχανική (αγγλ. metabolic engineering) αποτελεί νέο επιστημονικό πεδίο, το οποίο στοχεύει στην τροποποίηση γενετικών και ρυθμιστικών κυτταρικών διεργασιών προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή συγκεκριμένων ουσιών μέσα στο κύτταρο. Η μεταβολική μηχανική δημιουργεί εξελιγμένους βιοκαταλύτες, ικανούς να ενισχύσουν την παραγωγή ενός προϊόντος, που είναι ενδογενές ενός μικροοργανισμού, είτε να δημιουργήσουν χρήσιμα προϊόντα τα οποία ο μικροοργανισμός δεν είχε ποτέ παράξει πριν, είτε και να συνθέσουν εντελώς καινοφανή προϊόντα για μία ειδική χρήση.

Αυτές οι διαδικασίες σχετίζονται με χημικά δίκτυα που χρησιμοποιούν σειρά βιοχημικών αντιδράσεων και ενζύμων που επιτρέπουν στο κύτταρο να μετατρέψει τις πρώτες ύλες σε μόρια απαραίτητα για την επιβίωσή του. Η μεταβολική μηχανική επιδιώκει να μοντελοποιήσει -με μαθηματικό τρόπο- αυτά τα δίκτυα, να υπολογίσει την απόδοση χρήσιμων προϊόντων και να εντοπίσει σημεία του δικτύου που περιορίζουν την παραγωγή αυτών των προϊόντων. Οι τεχνικές γενετικής μηχανικής μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την τροποποίηση του δικτύου. Και στη συνέχεια, το τροποποιημένο δίκτυο μπορεί να μοντελοποιηθεί για τον υπολογισμό της απόδοσης νέου προϊόντος.

Ο απώτερος στόχος της μεταβολικής μηχανικής είναι να μπορεί να χρησιμοποιεί αυτούς τους οργανισμούς για να παράγει πολύτιμες ουσίες σε βιομηχανική κλίμακα με οικονομικά αποδοτικό και βέλτιστο τρόπο. Κλασικά παραδείγματα, που θα μπορούσαν να αναφερθούν, περιλαμβάνουν σήμερα την παραγωγή μπύρας, κρασιού, τυριού, φαρμακευτικών προϊόντων και άλλων βιοτεχνολογικών προϊόντων. Μερικές από τις κοινές στρατηγικές που χρησιμοποιούνται στη μεταβολική μηχανική είναι οι εξής: 

 η υπερέκφραση του γονιδίου που κωδικοποιεί το ένζυμο περιορισμού του ρυθμού της βιοσυνθετικής οδού
 ο αποκλεισμός των ανταγωνιστικών μεταβολικών οδών
 η έκφραση ετερόλογων γονιδίων και
 η μηχανική ενζύμων. 

Δεδομένου ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν αυτά τα μεταβολικά δίκτυα για την επιβίωσή τους, οι αλλαγές μπορεί να έχουν δραστικές επιπτώσεις στη βιωσιμότητα των κυττάρων. 

Επομένως, προκύπτουν αντισταθμίσεις στη μεταβολική μηχανική μεταξύ της ικανότητας των κυττάρων να παράγουν την επιθυμητή ουσία και των φυσικών αναγκών επιβίωσής της. Επομένως, αντί της άμεσης διαγραφής (ή/και υπερέκφρασης) των γονιδίων που κωδικοποιούν τα μεταβολικά ένζυμα, η τρέχουσα εστίαση είναι να στοχεύσουμε στα ρυθμιστικά δίκτυα σε ένα κύτταρο για την αποτελεσματική μηχανική του μεταβολισμού.

Δείτε επίσης 
 Γενετική μηχανική
 Συνθετική βιολογία

Παραπομπές 

Βιολογική μηχανική