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Syn/SysBio4COS: Combining synthetic and systems biology to unlock the potential of the hexosamine biosynthesis pathway for chitooligosaccharide production

English title Syn/SysBio4COS: Combining synthetic and systems biology to unlock the potential of the hexosamine biosynthesis pathway for chitooligosaccharide production
Applicant Zamboni Nicola
Number 176188
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Molekulare Systembiologie ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.08.2018 - 31.07.2022
Approved amount 306'464.00
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Keywords (6)

metabolic engineering; chitooligosaccharides; microbial biotechnology; hexosamine pathway; systems biology; synthetic biology

Lay Summary (Italian)

Lead
Combinazione di biologia sintetica e dei sistemi per l'ottimizzazione di processi biotecnologici con microorganismi
Lay summary
In biotecnologia, l'ingegneria di microorganismi in micro-fabbriche ad alto rendimento segue un processo iterativo di design-costruzione-test-apprendimento. Questo approccio si appoggia largamente sulla biologia sintetica, che mette a disposizione gli strumenti per design e costruzione. Nella pratica, questo processo é lento a causa della complessità cellulare. Essa é determinata da una intricata rete di regolazione che controlla l'attività metabolica. La regolazione avviene a multipli livelli (ad esempio traslazione, post-traslazione, allosterica) ed é conosciuta solamente in modo frammentario. La biologia dei sistemi si propone di caratterizzare e decifrare questa fitta rete di interazioni tramite l'analisi moleculare (di metaboliti, proteine, e genoma) e integrazione in modelli matematici. Quest'informazione é essenziale per la fase di test ed apprendimento. L'obiettivo del progetto è di accelerare il processo di ottimizzazione di microorganismi combinando gli strumenti offerti dalla biologia sintetica e dalla biologia dei sistemi. Come prova di principio, il progetto si concentra sulla biosintesi dell'esosamina e la produzione di chitooligosaccaridi.
Direct link to Lay Summary Last update: 28.11.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
177104 LC-MS System for high-throughput, non-targeted Metabolomics 01.03.2018 R'EQUIP

Abstract

Turning microorganisms into highly efficient microbial cell factories (MCFs) is a daunting process due to the enormous cellular complexity, i.e., the vast metabolic network superimposed by a multilevel regulatory layer and the fragmentary knowledge thereof. Typically, to steer the strain engineering process a “Design-Build-Test-Learn” (DBTL) cycle is iteratively run. In this project, to move more successfully through this cycle and, hence, to more successfully engineer biological systems we propose to pursue a strategy that synergistically combines modern tools of Synthetic Biology and System Biology. This will certainly be beneficial for the exploitation of the hexosamine biosynthesis pathway (HBP), which requires precursors from all over the metabolism and, moreover, is tightly regulated on all levels of regulatory control. This will be demonstrated using the development of microbial cell factories for the production of the HBP-derived chitooligosaccharides (COS) as proof-of-concept. COS have unique characteristics resulting in numerous (potential) applications in the fields of cosmetics, feed, food and pharma.
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