카로티노이드의 원료는 무엇인가?

카로티노이드, 그것들로 인해항 산화그리고 항암성질은, 제약, 의료, 식품, 화장품 산업 [1]에 널리 적용되고 있다.이들의 주요 공급원으로는 미세조류, 고등식물, 미생물, 특정 동물 등이 있다.조류나 식물의 종류마다 존재하는 카로티노이드의 종류가 상당히 다양하기 때문에 다양한 조류나 식물로부터 다양한 카로티노이드를 분리하기 위해서는 다양한 추출방법을 이용해야 한다.추출 Astaxanthin와 β-carotene 고정화은 이미 상업화 되었다.최근 몇 년 동안, 카로티노이드의 수요가 상당히 증가했다.통계에 따르면, 2016년부터 2021년까지 카로티노이드 시장 가치의 연평균 성장률 (CAGR)은 3.5%;2021년까지 세계 생산 가치는 15억 2 천만 달러 [2]에 달할 수 있다.

경제 발전으로 국민 ', s 생활수준, 더 크게 강조하게 된다영양과 건강, 그리고 카로티노이드에 대한 수요가 증가했습니다.또한 화학적으로 합성된 카로티노이드에 비해 자연적으로 합성된 카로티노이드가 더 선호된다.하지만 조류 및 식물에 함유된 낮은 카로티노이드 함량으로 인해 지속적인 추출 기술의 발전에도 불구하고 증가하는 천연 카로티노이드 수요를 충족시키기는 여전히 어려운 실정이다.합성 생물학 기술의 지속적인 발전은 미생물 숙주세포에서 카로티노이드와 탈보조 카로티노이드의 합성을 상당히 촉진시켰다 [3].카로티노이드의 강한 소수성 특성으로 인해 인지질 이중층 막에 쉽게 박히므로 숙주세포에 상당한 어려움이 있으며 [4], 어느 정도는 카로티노이드 합성에 적합한 숙주세포를 선택하는 데 한계가 있다.카로티노이드 합성 경로의 추가 해명으로 촉매 반응에 관여하는 대부분의 효소와 조절 유전자가 확인되었다.이는 카로티노이드를 생산하는 세포공장의 건설에 리론적기초를 제공해주고있으며 또한 의약, 화장품, 식품 등 산업에 널리 응용될수 있도록 과학적인 지원을 해주고있다.

카로티노이드의 공급원과 생물학적 기능 1

카로티노이드는 다양하고 널리 분포하며, 고등식물, 미생물, 조류 [5]의 잎과 꽃잎에서 카로티노이드가 발견된다.대부분의carotenoid 분자분자 골격에 C40 결합 이중결합 폴리엔 사슬과 말단 탄소 고리를 가지고 있으며, 각 카로티노이드의 특성은 방향족 고리와 산소를 함유한 기능군의 종류에 따라 결정된다 [6].카로티노이드는 화학적 구조적 특성과 기능군의 유무에 따라 카로틴과 잔토필로 더 분류할 수 있다.카로티노이드는 식물의 생장과 발육을 조절할 뿐만 아니라 인간의 영양과 건강과도 밀접한 관계가 있다 [7].이들은 예방 및 질병 완화 기능 [8]을 가진 천연 항산화제이며 비타민 A (레티놀)의 생합성을 위한 전구체 역할을 한다.

1.1 카로티노이드의 원천

천연 카로티노이드는 주로 조류, 식물, 미생물 발효물에서 얻어진다.조류에서는 Haematococcus pluvialis와 Dunaliella salina 가 할 수 있다합성 astaxanthin그리고 β-carotene, 각각;헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)는 아스타잔틴을 합성하는 능력이 가장 강한데, 아스타잔틴은 세포 내 전체 카로티노이드의 약 90%를 차지하며, 무게는 건세포 무게의 약 7%에 이를 수 있다 [9].세균이나 곰팡이도 에르위니아, 적섬유효모 [10] 등 카로티노이드를 합성할 수 있다.고등식물의 뿌리, 줄기, 잎, 꽃잎에서도 각종 카로티노이드를 합성할수 있다.조류, 미생물 및 식물 시스템에서 천연 카로티노이드 합성 경로로 인해 이들은 카로티노이드 합성 세포 공장의 이상적인 후보입니다.

아스타잔틴은 케토카로티노이드류에 속하며 조류, 곰팡이, 박테리아에서 널리 발견된다.3개의 광학 이성질체를 가지고 있습니다:levo-astaxanthin, dextro-astaxanthin, 및 all-trans-astaxanthin.이성질체마다 항산화 활성에 변화를 보인다 [11].β는 널리 분산 자연에서-carotene, 두 가지 β-carotenoid 터미널 [12] 끝의 고리이다.그것은 주로 4 isomeric 형태로 존재, 자연 스럽게 synthesised 간의 큰 차이 및 화학적으로 synthesised β-carotene all-trans의 비율에 위치 해 있고 cis 탄소, [13].루테인은 주로 녹색 식물의 잎과 꽃에서 발견된다 [14].화학적 분자구조는 2개의 케톤 고리와 3개의 키랄 중심을 포함하며, 8개의 이성질체가 자연계에 공존하고 있다.주로 빛 에너지를 포착하고, 식물의 생장과 발육을 조절하는 등 [15]에 참여한다.대부분의 해조류에는 Chlorella, Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris 등의 루테인이 함유되어 있다.이 중 클로렐라의 함량이 가장 높고 루테인 생산에 유리한 조류균주이다 [16].

카로티노이드의 생물학적 기능 1.2

카로티노이드는 강력한 항산화 성분으로 인해 매우 중요한 역할을 한다항산화방어의 중요한 역할(표 1).연구에 따르면 250 mg/kg 몸무게의 루테인을 첨가하는 것은 알비노 쥐에서 방사선에 의한 산화적 손상을 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라 항산화 시스템의 안정성을 유지하는 데 도움이 된다고 한다 [17].또한, 카로티노이드에 따라 항산화 효능에 유의적인 변화를 나타내며, 특정 농도비로 결합할 경우 항산화 활성에 시너지 효과를 나타낸다.예를들면, astaxanthin의 농도 비율을 β-carotene은 1:1, 그들의 시너지 효과 가 항 산화 효과는 가장 강력 한 [18];제아잔틴과 루테인의 질량비가 2:1일 때, 이들의 시너지 항산화 효과가 가장 강하다 [19].

루테인과 제아잔틴인간의 각막에 있는 황반 색소의 중요한 성분이며, 청색광 손상으로부터 망막을 보호하고 시력을 향상시킨다 [20].따라서 루테인은 노화와 관련된 황반변성, 백내장, 망막신경질환 [21]을 예방하고 완화하기 위해 눈 건강 보조제에 흔히 사용된다.루테인과 제아잔틴의 섭취가 부족하면 황반변성의 위험이 증가한다 [22].카로티노이드 중에서 astaxanthin과 canthaxanthin이 더 나은 항암 효과를 나타낸다.연구에 따르면 아스타잔틴은 암 발생을 현저히 감소시키고, 암세포의 악성 증식과 전이를 억제하며, [23] 종양의 무게와 크기를 감소시킨다.Astaxanthin은 훨씬 더 높은 항암 활성을 나타낸다.연구에 따르면 아스타탄틴에 의한 세포 사멸은 reactive oxygen species (ROS)와 관련이 있으며, ROS에 의한 세포 독성은 caspase-3와-9의 촉매 분열로 이어진다 [24].전립선암에 대한 연구에 따르면 푸코산틴 (fucoxanthin)과 그 대사산물인 푸코산티놀 (fucoxanthinol)이 세포의 성장을 억제하고, 전립선암 PC-3세포에서 세포사멸을 유도하며, 카스파제3 (caspase-3)를 활성화한다 [25].푸코산틴과 푸코산티놀은 또한 다양한 분자의 발현과 신호 전달 경로를 조절함으로써 종양 세포 주기 정지를 유도할 수 있다 [26].

2. 카로티노이드의 생합성

2. 1 Carotenoid biosynthesis

이식물에서 카로티노이드의 합성 경로가장 광범위하게 연구되었다.최근 과학자들은 미생물과 조류의 합성 경로에 대한 심층적인 분석을 통해 생물마다 뚜렷한 합성 경로가 있어 카로티노이드의 종류와 산출량이 다양하다는 것을 밝혔다 [28].카로티노이드 합성에 필요한 효소는 식물과 미생물에 따라 차이가 있는데, 식물에서 좀 더 특수한 기능을 한다.예를 들어 옥타하이드로리코펜의 합성과 리코펜의 순환을 촉매하는 역할을 하는 효소는 식물에서는 두 개의 독립된 효소에 의해 수행되는데 반해, 효모 및 곰팡이에서는이 과정이 하나의 효소에 의해 완성된다 [29~30].

미세조류는 하급식물로 분류되지만 고등식물과 미생물의 특성을 모두 보유하고 있어 다양한 카로티노이드를 합성할 수 있다.그들이 할 수 있는 합성 α-carotene 그리고 루테인, 식물이 더 높은 것은 독특 한, 뿐만 아니라 카로 티 노이 드 같은astaxanthin과 canthaxanthin, 미생물에서 흔히 발견됩니다.따라서 미세조류는 카로티노이드 합성을 위한 숙주세포로 사용할 수 있는 독특한 장점을 가지고 있다 [31].카로티노이드 합성 경로의 해명은 카로티노이드 합성 세포 공장 건설에 이론적 근거를 제공한다.합성은 전구체 화합물 geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP)로 시작한다.다음 섹션에서는 예를 들어 고등 식물을 이용한 카로티노이드 합성 과정을 간단히 설명합니다 (그림 2).

2.1.1 GGPP의 생합성 경로

GGPP의 생합성은 중요한 단계이다carotenoid 합성, 그리고 그것의 합성 과정은 전구체 isopentenyl diphosphate (IPP)의 합성과 IPP 로부터 dimethylallyl diphosphate (DMAPP)의 합성의 두 가지 주요 단계로 간단히 나눌 수 있습니다.합성 위치에 따라 IPP의 합성 경로는 더 나아가 mevalonate 경로와 DMAPP 경로로 나눌 수 있다.DMAPP);그리고 전구체 IPP와 DMAPP 으로부터 GGPP를 합성한다.합성이 일어나는 위치에 따라 IPP 합성 경로는 메발론산 (MVA) 경로 [32]와 인산메틸 에리트리톨 (MEP) 경로 [33]로 더 나뉘는데, 둘다 구분되어 있다.이 중 MVA 경로는 대부분의 포유류와 효모세포의 세포질 기질과 소포체 (endoplasmic reticulum)에서 주로 발견되며, acetyl coenzyme A를 출발물질로 한다;MEP 경로는 일반적으로 고등 식물, 일부 박테리아, 조류의 원형질체에 존재하며 [34], 3-phosphoglycerate (GA-3-P)와 pyruvate 가 출발 물질이다 [35].IPP와 DMAPP의 형성 후, MVA와 MEP 경로의 촉매 단계는 대체로 동일하다.

2.1.2 GGPP 로부터 카로티노이드의 합성

관여하는 효소의 합성 GGPP부터 시작 해서 다양 한 oxidoreductases 포함 카로 티 노이 드 (EC1) 같은 PDS (phytoene desaturase)과 ZDS (ζ-carotene desaturase), transferase 효소 (EC2) 같은 싸이 (phytoene synthase), 그리고 isomerase 효소 (EC5) 같은 LCYe 리코 펜 (ε-cyclase)와 LCYb (리코 펜 β-cyclase), 기타 등등.

주요 과정은 다음과 같다:첫째, GGPP는 PSY에 의해 catalysing 되어 phytoene을 합성하고, 다른 carotenoids 들은 탈수소 및 cyclisation을 통해 phytoene 으로부터 추가로 파생된다.이 경로에서 중요한 속도 제한 효소가 PSY 인데,이 효소의 암호화 유전자는 박테리아에서는 CrtB, 진핵생물에서는 PSY이다.그것의 발현 수준이나 활동을 조절하면 대사 경로의 유동성을 조절할 수 있다 [36].예를 들어, 유자 강간 및 감자 유래 캘러스 조직에서 구성 싸이의 과발현이 세포 내 총 카로티노이드 함량을 증가시키고β-carotene 합성도 대폭 강화 [37] 된다.

싸이는 대부분의 식물에서 단복사 유전자이기 때문에 [38] 유전공학 기술을 이용하여 식물의 카로티노이드 함량을 향상시킬 수 있는 이상적인 표적이다.둘째, octahydro리코 펜은으로 변환 ζ-carotenoid PDS의 촉매작용 아래, 그리고 ζ-carotenoid으로 전환은 더lycopeneZDS의 촉매로.Gao 등 39명은 백색광이 자몽 (Citrus paradisi) 캘러스에서 CpPDS와 CpZDS의 발현을 억제하여 리코펜 합성을 감소시킬 수 있음을 발견했다.Qin 등은 Arabidopsis의 카로티노이드 합성 경로에서 AtPDS3 유전자가 돌연변이 된 후, AtPSY와 AtZDS와 같은 유전자의 발현 수준이 현저히 감소하여 카로티노이드 합성 장애가 일어나고 엽록소와 깁베렐린 합성 경로의 억제를 초래하였다.

리코펜은 다른 카로티노이드로 전환될 수 있다다른 효소의 촉매작용 아래:CrtE의 촉매작용 아래, 그것 cyclised 할 수 있는 형태 δ-carotene, 추가로 변환 되는 ε-carotene;CrtY의 촉매작용 아래, γ으로 전환 될 수 있-carotene, 추가로 변환 되는 β-carotene다.또한, CrtB의 변환을 촉진시 할 수 있 δ-carotene로 α-carotene다.GGPP 로부터 합성되는 카로티노이드 종류는 매우 다양하여 천연 카로티노이드 합성 경로의 중요한 요소를 구성한다.이 경로에 대한 완벽한 이해는 카로티노이드 생합성 경로의 설계, 수정 및 응용을 위한 이론적 기초를 제공할 것입니다.

카로티노이드에서 잔토필로의 합성 2.2

에 대한 대사 경로xanthophyll 색소를 합성하고 있습니다을 포함 한 카로 티 노이 드 려면 5 종류의 oxidoreductases LUT1 노 (드 ε-hydroxylase), CrtZ (β-carotene 3-hydroxylase), LUT5 (β-ring hydroxylase), ZEP (틴이 epoxidase), 그리고 VDE (violaxanthin deepoxidase)다.연속 hydroxylation 반응, 교육을 받은 후 β 첫번-carotene 형태 β-cryptoxanthin, 그때는 틴로 전환 된다.

이 중에서 제아잔틴이 플라보퀴논을 형성하기 위해 고리-입구를 거치고, 이것이 다시 비올라잔틴으로 더 전환되는 과정은 가역적이다;전진 2단계 반응 (즉, 순환 반응)을 촉매하는 효소는 모두 ZEP 이며, 약한 빛 또는 어두운 조건에서 반응이 일어난다.Arabidopsis에서이 효소를 암호화하는 유전자는 AtABA1;역 2단계 반응을 촉매하는 효소들 (즉, 탈질 반응)은 모두 ZEP 이며, 반응은 강한 빛 조건에서 일어난다;Arabidopsis에서이 효소를 암호화하는 유전자는 AtNPQ1 이며, 전체 주기를 루테인 주기 (lutein cycle) [41] 라고 한다.현재 각 반응단계에 관여하는 촉매효소는 특히 고등식물 Arabidopsis에서 확인되었다 (표 2).에 대한 연구카로티노이드와 루테인 합성pathway는 특정 유형의 카로티노이드를 합성하기 위한 방향성 진화 또는 스트레스 반응 방법에 사용될 수 있다.

카로티노이드 합성세포 공장 구축 및 합성생물학 전략 3

카로티노이드의 생합성 경로는 가장 기본적인 IPP/DMAPP을 노드로 하여 상류와 하류 경로로 나눌 수 있다.업스트림 경로는 IPP와 DMAPP의 합성이 수반되며, MEP와 MVA의 두 가지 경로를 통해 얻을 수 있다.하류 경로는 IPP와 DMAPP에서 시작하여 여러 반응과 수정을 거치며 궁극적으로 다양한 카로티노이드와 그 카로티노이드를 합성한다 파생상품들이다.

이카로티노이드 생성합성 셀 공장은 여러 모듈의 조립과 적응을 포함하는 복잡한 공정입니다.이는 목표 산물에 기반한 적절한 촉매 성분의 선택뿐만 아니라 경우에 따라 NADPH 및 ATP 합성의 향상, GGPP 전구물질의 공급 증가 또는 대사 중간체의 피드백 억제 효과를 완화하기 위한 외인성 MVA 경로의 도입이 필요하다 [42].카로티노이드 합성 경로에 필요한 촉매 성분에는 경로의 화학 반응을 촉매하는 다양한 효소들이 포함되는데, 예를 들면 synthases, dehydrogenases, cyclases, hydroxylases, ketolases 등이 있다.카로티노이드 수율을 높이기 위해서는 숙주세포에서 기질에서 목표 생성물까지의 대사 유동성을 최대화하면서 비필수 부산물이나 대사 중간체의 생산을 최소화해야 한다.따라서 최적의 호스트 셀 및 촉매 성분을 선택하여 촉매 특성, 발현 수준, 호스트 적응성 등 여러 차원에서 최적으로 조합해야 합니다.

3.1 카로티노이드 합성 숙주세포의 선택 및 변형

합성생물학 기술의 지속적인 발전은 Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica와 같은 차대세포에서 carotenoids와 그 유도체의 효율적인 합성을 현저히 진보시켰다 (표 3).대부분의 카로티노이드는 강한 소수성을 나타내어 세포막 구조에 상당한 손상을 초래하고 [44] 세포 내에서 합성 후 정상적인 세포 생리 기능을 손상시킨다.추가적으로, 미생물 섀시 세포의 제한된 막 구조 또한 증가 가능성을 제한한다carotenoid 수익률다.뿐만 아니라, 카로티노이드의 강력한 감소 특성은 차대세포에서 스트레스 반응을 유발하여 세포 내 활성산소종 (ROS) 수준의 현저한 증가와 세포 성장의 피드백 억제를 유도할 수 있다 [45].

따라서 inducible promoters를 채용하여 생산 균주의 성장과 생산을 분리하고 [46], engineered transporter와 membrane vesicle transport system을 만들면 촉진할 수 있다carotenoid 유출, 막계 스트레스를 완화시키고 [47], 카로티노이드 합성에 대한 피드백 억제 효과를 감소시킨다.섀시 셀의 복잡한 내부 환경은 목표 산물의 합성이 불가피하게 다양한 세포 내 인자의 영향을 받는다고 판단합니다.특히 내인성 비필수 유전자는 카로티노이드 합성 능력에 상당한 영향을 미친다 [48].숙주 세포에서 필수적이지 않은 유전자를 조절, 설계, 수정하면 외인성 발현 모듈과 내부 환경 간의 호환성을 향상시키고 세포 내성을 향상시키며 목표 경로의 대사 유동성을 강화할 수 있다.

그러나 합리적으로 설계될 수 있는 비필수 유전자의 수가 제한적이고 내부 환경에 미치는 영향이 제한적이라는 점을 고려할 때, 유전자 및 표현형 다양성을 증가시키기 위해 무작위 돌연변이 발현 (random mutagenesis)과 같은 비합리적 설계 전략이 필요하며, 이를 통해 균주의 실험실 진화를 가속화시킬 수 있다 [49].

단백질 발현, 변환 후 변형, 촉매 환경 측면에서 제품의 자연 숙주와 더욱 긴밀하게 연계되는 식물 섀시 시스템은 최근 연구자들로부터 관심이 높아지고 있다.현재 연구자들은 담배, 토마토, 쌀 등을 섀시 세포로 사용하여 리코펜 [50]과 같은 카로티노이드를 생산할 수 있다.예를 들어 류야오광's 팀은 카로티노이드 합성 경로를 벼 배지에 도입했고, 그 결과 벼 품종이 풍부해졌다다양 한 카로 티 노이 드[51]다.또한, 천연 카로티노이드 합성 경로를 가지고 있는 클라미도미나스 라인하르티이 (Chlamydomonas reinhardtii)와 시스코시스티스 (Synechocystis)도 이상적인 식물 섀시 세포이다 [52].

카로티노이드 합성 경로의 모듈러 조립 및 적응 3.2

카로티노이드 셀 공장 건설은 여러 모듈의 조립뿐만 아니라 경로 모듈 간의 촉매 성능 및 발현 수준 등의 요소들의 조합과 적응이 수반된다.궁극적인 목표는 기질에서 목표 생성물까지의 대사 유동성을 극대화하면서 비필수 부산물과 대사 중간체의 축적을 최소화하는 것이다 [53].카로티노이드 합성에서 속도 제한 효소로는 CrtE, CrtI, CrtZ, CrtW 등이 있는데 이들은 비교적 광범위한 기질 특이성을 나타내며 여러 가지 연속적인 반응을 촉매할 수 있다.그러나, 다른 원료로부터 나오는 속도 제한 효소들은 연속적인 반응을 촉매할 때 다른 반응 단계의 수를 요구할 수 있으며, 전체 카로티노이드 함량 중 대상 화합물의 비율에 크게 영향을 미친다 [54].또한 촉매 성분 간의 기질 선택성의 차이는 대사 중간체의 전환율에 영향을 줄 수 있다 [55].따라서 다양한 원천에서 추출한 촉매 성분을 스크리닝하고 조합하는 것이 강화시키는 효과적인 전략입니다carotenoid 합성유동하고 대사 중간체의 축적을 줄인다 [56].

뿐만 아니라 모듈 발현 수준을 조정하면 전반적인 대사 유동성을 향상시키고 속도 제한 단계를 약화시킬 수도 있다 [57].모듈의 발현 강도를 조절할 때 promoter 강도, copy number, 염색체상의 모듈의 통합 위치 등의 인자들이 변경될 수 있다.일반적으로 모듈은 표현을 위해 다양한 플라스미드로 클로닝할 수 있어 다양한 표현 강도를 가진 표현 라이브러리의 신속한 구축이 용이하고 다양한 모듈에 대한 표현 레벨의 조정이 가능하다.뿐만 아니라 서로 다른 프로모터의 강점을 조합하고 플라스미드의 복제 원점을 조정함으로써 라이브러리의 다양성을 높일 수 있으며, 모듈 발현 강도의 동적 범위를 확장할 수 있다 [58].달성하는안정된 카로티노이드 발현합성 경로 유전자 모듈, 섀시 게놈 통합 방식을 채택할 수 있습니다.염색체상의 발현 모듈의 삽입 위치와 복사 수는 모듈의 전체 발현 수준과 카로티노이드 합성 경로의 플럭스 (flux)에 유의하게 영향을 미친다.

…을 시공할 때카로티노이드 세포 공장, 모듈간 최적의 호환성을 확보하기 위해서는 촉매원소의 촉매성능, 유전자 복사수, 발현 수준, 염색체상의 원소들의 통합위치 및 배열순서 등의 다양한 요소들을 선별해야 한다.이를 위해서는 필요한 범위를 충족하기 위해 충분히 큰 도서관을 건설해야 한다.모듈러 대사 공학 (Modular metaboltic engineering, MME)은 대사 경로에 관련된 촉매 단위를 군집 및 그룹화할 수 있으며, 각 촉매 단위 그룹을 모듈 (module)로 처리할 수 있다 [59].이 방법은 모듈 간 발현 수준의 균형을 맞추는 것만을 포함하므로 카로티노이드 세포 공장 건설의 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다.

4 요약 및 전망

카로티노이드, 그것들과선명 한 색깔그리고 중요한 생물학적 기능은, 제약, 식품, 건강 산업에 널리 사용되며 높은 상업적 가치를 가지고 있습니다.최근 카로티노이드의 수요는 꾸준히 증가하고 있다.현재, 카로티노이드에 대한 화학 총 합성 기술은 성숙되어 1차 생산 원천으로 사용됩니다;그러나, 그것의 식용 안전성은 여전히 불확실하다.이에 따라 카로티노이드 합성세포 공장을 건설해 관련 제품을 생산하는 것이 주목받고 있다.카로티노이드 합성 세포 공장의 생산 능력을 극대화하려면 설계와 규제를 최적화해야 한다.대사 불균형과 중간 축적과 같은 문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 조절 요소를 구성하고, 물질과 에너지 흐름을 정밀하게 조절하기 위한 유전자 회로를 설계하고, high-throughput screening, 효소 설계, 컴퓨터 시뮬레이션, 모델 분석 및 결합된 유전자 제어 요소를 활용하는 것이 필수적입니다.

합성생물학 기술의 지속적인 발전은 카로티노이드 세포 공장 건설에 새로운 기회를 가져왔다.이것은 다음을 가능하게 할 뿐만 아니라카로티노이드의 모듈화공학에서 합성 관련 부품이지만 매우 유리한 생물학적 특성을 부여하기도 한다.이는 특정 생물학적 기능으로 생물 시스템을 구성하고 대규모 설계, 개발, 수정 및 응용을 달성하기 위해 관련 기능 구성 요소를 통합할 수 있는 더 많은 가능성을 제공합니다.이러한 방법으로 얻은 카로티노이드 합성 대사 경로는 더 나은 예측 가능성을 보일 뿐만 아니라 수정 과정을 단순화하고 전통적인 대사 공학의 효율성을 향상시킵니다.또한 컴퓨터 지원 설계 및 딥 러닝을 통해 대사 경로 설계 및 프로세스 구축을 가속화하고 최적화할 수 있습니다.지속적인 설계, 구축, 시험, 학습 모델을 활용함으로써 사전에 대상 공정의 원하는 효과를 달성할 수 있을 것으로 기대되며, 이를 통해보다 효율적이고 안정적인 인공합성전지 공장의 개발이 가능할 것으로 기대된다.여러 분야의 학제적 통합은 의심할 여지 없이 카로티노이드 합성 셀 공장의 건설을 처리량이 많고 지능적이며 효율적인 방향으로 이끌 것입니다.

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