WikiDer > Джей Кислинг

Jay Keasling
Джей Кислинг
Доктор Джей Д. Кизлинг в салоне PopTech Energy
Доктор Джей Д. Кизлинг выступает на Салоне PopTech Energy 2011 в Нью-Йорке
Альма-матерУниверситет Небраски-Линкольн
университет Мичигана
Известенметаболическая инженерия
НаградыФонд Билла и Мелинды Гейтс грант Премия Хайнца в области технологий, экономики и занятости
Научная карьера
УчрежденияКалифорнийский университет в Беркли, Университет Небраски-Линкольн, университет Мичигана
ТезисДинамика и контроль репликации бактериальной плазмиды (1991)
ДокторантБернхард Палссон[1][2]
Интернет сайтKeaslinglab.lbl.gov
твиттер.com/ jaykeasling

Джей Д. Кислинг является профессором Химическая инженерия и Биоинженерия на Калифорнийский университет в Беркли.[3][4] Он также является заместителем директора лаборатории биологических наук в Национальная лаборатория Лоуренса Беркли и Директор компании из Объединенный институт биоэнергетики.[5] Он считается одним из ведущих авторитетов в синтетическая биология, особенно в области метаболическая инженерия.

Образование

Кизлинг получил степень бакалавра в Университет Небраски-Линкольн где он был членом Дельта Тау Дельта Международное братство. Он продолжил свое Доктор Философии степень в университет Мичигана в 1991 г. под руководством Бернхард Палссон.[6] Кизлинг вместе с Артуром Корнбергом выполнял постдокторское исследование в Стэнфордском университете в 1991–1992 годах.

Исследование

Текущее исследование Кизлинга [7] сфокусирован на инженерной химии внутри микроорганизмов, области, известной как метаболическая инженерия, для производства полезных химикатов или для очистки окружающей среды. Во многом так же, как синтетическая органическая и промышленная химия позволила химикам и инженерам-химикам производить из ископаемых топливных ресурсов химические вещества, которые мы используем каждый день, метаболическая инженерия может произвести революцию в производстве некоторых из тех же полезных химикатов и многих других из возобновляемых ресурсов, таких как сахар и целлюлозная биомасса. В течение многих лет работа в области метаболической инженерии была ограничена из-за нехватки ферментов для выполнения необходимых химических процессов и инструментов для манипулирования и мониторинга химии внутри клеток. Видя потребность в улучшенных генетических инструментах, Кизлинг начал работать над созданием генетических инструментов, в области, ныне известной как синтетическая биология. Лаборатория Кизлинга разработала или внедрила множество новейших аналитических инструментов для устранения наших генетических манипуляций. Лаборатория Кизлинга применила метаболическую химию к ряду реальных проблем, включая производство противомалярийного препарата артемизинин и биотоплива. Кизлинг опубликовал более 300 статей в рецензируемых журналах и имеет более 30 выданных патентов.

Артемизинин

Малярия - глобальная проблема здравоохранения, которая угрожает 300–500 миллионам человек и ежегодно уносит жизни более одного миллиона человек. Лекарства на основе хлорохина, которые широко использовались в прошлом, потеряли эффективность, потому что паразиты Plasmodium, вызывающие малярию, стали к ним устойчивы. Артемизинин, эндопероксид сесквитерпенового лактона, извлекаемый из Полынь однолетняя L очень эффективен против Plasmodium spp. устойчивы к другим противомалярийным препаратам. Однако современные методы производства артемизинина создают несколько проблем. Во-первых, комбинированная терапия на основе артемизинина (АКТ) слишком дорога для людей в развивающемся мире.[8] Во-вторых, артемизинин извлекается из A. annua, а его выход и консистенция зависят от климата и процесса добычи. Несмотря на то, что существует метод химического синтеза артемизинина, он имеет слишком низкий выход и, следовательно, слишком дорог для использования при производстве недорогих лекарств. В-третьих, хотя Всемирная организация здравоохранения рекомендовала смешивать артемизинин с другими активными фармацевтическими ингредиентами в составе АКТ, многие производители все еще производят монотерапию артемизинином, что увеличивает вероятность того, что Plasmodium spp. разовьет устойчивость к артемизинину.

Лаборатория Джея Кизлинга в Калифорнийском университете в Беркли спроектировала оба кишечная палочка и Saccharomyces cerevisiae для производства артемизининовой кислоты, предшественника артемизинина, которая может быть преобразована в производные с использованием устоявшейся, простой и недорогой химии с образованием артемизинина или любого производного артемизинина, используемого в настоящее время для лечения малярии.[9][10] Микроорганизмы были сконструированы с использованием пути биосинтеза из десяти ферментов с использованием генов из «Artemisia annua», Saccharomyces cerevisiae, и кишечная палочка (всего двенадцать генов), чтобы преобразовать простой и возобновляемый сахар, такой как глюкоза, в сложную химическую структуру противомалярийного препарата артемизинин. Сконструированный микроорганизм способен секретировать конечный продукт из клетки, тем самым очищая его от всех других внутриклеточных химических веществ и снижая затраты на очистку и, следовательно, стоимость конечного лекарства. Учитывая существование известного, относительно высокоэффективного химического состава для превращения артемизиновой кислоты в артемизинин или любое другое производное артемизинина, продуцируемая микробами артемизиновая кислота является жизнеспособным, возобновляемым и масштабируемым источником этого мощного семейства противомалярийных препаратов.[11]

Важнейшим элементом работы Кизлинга была разработка генетических инструментов, помогающих управлять микробным метаболизмом, особенно для малоценных продуктов, требующих высокого выхода сахара. Его лаборатория разработала однокопийные плазмиды для экспрессии сложных метаболических путей, промоторные системы, которые позволяют последовательно регулировать транскрипцию во всех клетках культуры, технологии стабилизации мРНК для регулирования стабильности сегментов мРНК,[12] и подход белковой инженерии для присоединения нескольких ферментов метаболического пути к синтетическому белковому каркасу для увеличения потока метаболизма.[13] Эти и другие инструменты экспрессии генов теперь позволяют точно контролировать экспрессию генов, которые кодируют новые метаболические пути, чтобы максимизировать химическое производство, минимизировать потери побочных продуктов и минимизировать накопление токсичных промежуточных продуктов, которые могут отравить микробного хозяина, и все это важны для экономичного производства этого важного препарата.

Еще одним важным аспектом работы Кизлинга было открытие химии и ферментов в Полынь однолетняя отвечает за синтез артемизинина.[14][15] Эти ферменты включали цитохром P450, который окисляет аморфадиен до артемизиновой кислоты, и окислительно-восстановительные партнеры, которые переносят восстанавливающие эквиваленты от фермента к кофакторам. Открытие этих ферментов и их функциональная экспрессия в дрожжах и Кишечная палочкавместе с другими девятью ферментами метаболического пути позволили этим двум микроорганизмам продуцировать артемизиновую кислоту.[15][16] С. cerevisiae был выбран для крупномасштабного производственного процесса и был дополнительно разработан для улучшения производства артемизиновой кислоты.[17][18]

Процесс производства микробов в Кизлинге имеет ряд преимуществ перед экстракцией из растений. Во-первых, микробный синтез снизит стоимость артемизинина, самого дорогостоящего компонента комбинированной терапии на основе артемизинина, - в десять раз - и, следовательно, сделает противомалярийные препараты на основе артемизинина более доступными для людей в развивающихся странах. Во-вторых, погодные условия или политический климат, которые в противном случае могли бы повлиять на урожайность или стоимость версии препарата растительного происхождения, не повлияют на микробный источник препарата. В-третьих, микробное производство артемизинина в больших резервуарах позволит более осторожно распределять артемизинин среди законных производителей лекарств, которые разрабатывают комбинированную терапию артемизинином, а не монотерапию. Это, в свою очередь, замедлит развитие устойчивости к этому препарату. В-четвертых, в 2011 году и в последующий период прогнозируется серьезная нехватка артемизинина растительного происхождения, что приведет к увеличению стоимости комбинированной терапии с применением артемизинина. Наконец, микробиологическая артемизиновая кислота позволит производить новые производные артемизинина, к которым Plasmodium может быть не устойчив, тем самым увеличивая время, в течение которого можно использовать артемизинин.

Чтобы гарантировать, что процесс, который он разработал, принесет пользу людям в развивающемся мире, доктор Кизлинг собрал уникальную команду, состоящую из его лаборатории в Калифорнийском университете в Беркли; Amyris Biotechnologies, компания, основанная на этой технологии; и Институт здоровья OneWorld, некоммерческая фармацевтическая компания, расположенная в Сан-Франциско, Калифорния. Помимо создания команды, доктор Кислинг разработал модель интеллектуальной собственности, чтобы гарантировать, что микробиологический артемизинин может предлагаться как можно дешевле людям в развивающихся странах: патенты, выданные на его работу в UCB, лицензируются Amyris Biotechnologies без лицензионных отчислений. и Институт здоровья OneWorld для использования в производстве артемизинина, если они не получают прибыли от продажи артемизинина в развивающихся странах. Команда была профинансирована в декабре 2004 г. Фондом Билла и Мелинды Гейтс для разработки процесса производства микробов. Исследования были завершены в декабре 2007 г. В 2008 г. Санофи-Авентис лицензировала технологию и вместе с Amyris разработала производственный процесс. Санофи-Авентис произвела 35 тонн артемизинина, используя процесс микробиологического производства Кислинга, что достаточно для 70 миллионов процедур. Распространение комбинированных препаратов артемизинина, содержащих артемизинин микробного происхождения, началось в августе 2014 года, когда 1,7 миллиона препаратов были отправлены в Африку. Ожидается, что 100-150 миллионов препаратов будут производиться с использованием этой технологии и ежегодно отправляться в Африку, Азию и Южную Америку.

Биотопливо

Возобновляемые виды топлива необходимы для всех видов транспорта. К сожалению, большинство видов топлива, полученного из микробов, можно использовать только как небольшую часть бензина в обычных двигателях с искровым зажиганием. В лаборатории Кизлинга были созданы микроорганизмы для производства углеводородов со свойствами, аналогичными свойствам топлива, которое в настоящее время получают из нефти. Эти виды топлива синтезируются из сахаров растительного происхождения, таких как сырье для целлюлозы, которое имеет небольшую экономическую ценность. Следовательно, микробы могут минимизировать углеродный след, сводя к минимуму затраты энергии на источники топлива, такие как прибрежное бурение и гидравлический разрыв пласта, и это лишь некоторые из них.

Кизлинг и его коллеги продемонстрировали, что кишечная палочка и Saccharomyces cerevisiae могут быть разработаны для производства биотоплива на основе жирных кислот, этиловых эфиров жирных кислот,[19] алкены,[20] и метилкетоны.[21] Поскольку линейные углеводороды являются ключевыми компонентами дизельного топлива, это биологически производимое топливо является отличной заменой дизельного топлива. Однако топливо, содержащее только длинные линейные углеводородные цепи, замерзнет в холодных условиях. Для разработки топлива, подходящего для холодных применений, лаборатория Кизлинга спроектировала Кишечная палочка и С. cerevisiae производить разветвленные и циклические углеводороды с использованием пути биосинтеза изопреноидов: изопентанол, незаменимый заменитель бензина;[22] пинен, заменитель реактивного топлива;[23] и бисаболен, заменитель дизельного топлива.[24] Поскольку изопреноиды добавляют боковую метильную цепь через каждые четыре атома углерода в основной цепи, топливо, изготовленное из изопреноидов, имеет очень низкие точки замерзания и помутнения, что делает их пригодными в качестве дизельных двигателей для холодных погодных условий и топлива для реактивных двигателей.

Одной из самых больших проблем при расширении масштабов микробной ферментации является стабильность микробного штамма: созданный микроорганизм будет пытаться мутировать или избавиться от метаболического пути, отчасти потому, что промежуточные соединения в метаболическом пути накапливаются и токсичны для клеток. Чтобы сбалансировать метаболический поток и снизить стоимость производства желаемого биотоплива, лаборатория Кизлинга разработала динамические регуляторы, чтобы определять уровни промежуточных соединений в метаболическом пути и регулировать его активность.[25][26][27] Эти регуляторы стабилизировали путь и клетку и улучшили выход биотоплива, что позволило выращивать сконструированные клетки в больших ферментационных резервуарах для производства топлива.

Многие из лучших видов топлива и химикатов токсичны для организма-производителя. Один из способов ограничить токсичность топлива - это активно откачивать топливо из элемента. Чтобы определить насосы, идеально подходящие для конкретного топлива, Кизлинг и его коллеги исследовали биологические микроорганизмы в окружающей среде для множества различных трехкомпонентных транспортеров и выбрали насосы, наиболее эффективные для конкретного топлива.[28] Эти перевозчики позволили Кишечная палочка расти в присутствии топлива и, как следствие, производить больше целевого топлива, чем было бы возможно в отсутствие транспортера.

Исходные материалы (как правило, сахара) являются наиболее значительным фактором в стоимости производства биотоплива. Целлюлозу, потенциально дешевый исходный материал, необходимо деполимеризовать в сахара путем добавления дорогостоящего коктейля ферментов. Одним из способов снижения этих затрат является создание микроба, производящего топливо, для производства ферментов для деполимеризации целлюлозы и гемицеллюлозы. Недавно лаборатория Кизлинга продемонстрировала, что микроорганизм может быть сконструирован для синтеза и выделения ферментов для деполимеризации целлюлозы и гемицеллюлозы в сахара и для производства заменителя бензина (бутанола), дизельного топлива (этиловый эфир жирной кислоты) или реактивного топлива. (пинен).[29]

В качестве технологической платформы производство биотоплива сталкивается с огромными экономическими препятствиями, многие из которых зависят от рыночных цен на сырую нефть и другие виды топлива из традиционных источников. Тем не менее, метаболическая инженерия - это технология, которая становится все более конкурентоспособной и, как ожидается, к 2020 году принесет широкие результаты.

Награды

  • Национальная академия изобретателей, 2014.
  • Премия Innovator - биологические науки, журнал Economist, 2014.
  • Премия Eni в области возобновляемой энергии, Eni S.p.A., 2014.
  • Лекции премии Девона Уолтера Мика, факультет химии, Государственный университет Огайо, 2014 г.
  • Лекция в честь Мемориала Аруна Гутиконды, факультет химии Колумбийского университета, 2014 г.
  • Лекция Германа С. Блока, факультет химии, Чикагский университет, 2014 г.
  • Премия отдела пищевых продуктов, фармацевтики и биоинженерии, Отделение пищевых продуктов, фармацевтики и биоинженерии, Американский институт инженеров-химиков, 2013 г.
  • Премия Джорджа Вашингтона Карвера за инновации в промышленной биотехнологии, Организация биотехнологической промышленности, 2013 г.
  • Премия Promega за биотехнологические исследования, Американское общество микробиологов, 2013.
  • Премия Марвина Джонсона в области микробных и биохимических технологий, Отдел биохимических технологий, Американское химическое общество, 2013 г.
  • 18-й ежегодный Премия Хайнца по технологиям, экономике и занятости, Фонд семьи Хайнц, 2012 г.[30]
  • Международная премия в области метаболической инженерии, Общество метаболической инженерии, 2012 г.
  • Лекция Хойермана, Институт сельского хозяйства и природных ресурсов, Университет Небраски-Линкольн, 2012 г.
  • Лектор Каца, факультет химического машиностроения, Мичиганский университет, 2012 г.
  • Генри МакГи, лектор, Инженерный факультет Университета Содружества Вирджинии, 2012 г.
  • Стипендия Тетельмана, Колледж Джонатана Эдвардса, Йельский университет, 2012 г.
  • Лекция Кевауни, Инженерная школа Пратта, Университет Дьюка, 2011 г.
  • Президентская награда за вызов экологической химии, Агентство по охране окружающей среды США, 2010 г.
  • Отделение O (Ферментация и биотехнология) Лекция, Американское общество микробиологии, 2010 г.
  • Лекция Treat B Johnson, факультет химии, Йельский университет, 2010 г.
  • Лекции Айринга по химии и биохимии, Университет штата Аризона, 2010 г.
  • Национальная инженерная академия, 2010 г.
  • GLBT инженер года, Национальная организация геев и лесбиянок ученых и технических специалистов, 2010.[31]
  • Почетная лекция Кокса, Вашингтонский университет, 2009 г. Лекция Эшленда, Университет Кентукки, 2009 г.
  • Лекция Данкверта, Всемирный конгресс по химической инженерии, 2009 г.
  • Инаугурационная биотехнологическая гуманитарная премия, Организация биотехнологической промышленности (BIO), 2009 г.[32]
  • 2009 Университетские лекции по химии, химический факультет Бостонского колледжа, 2009 г.
  • Шестнадцатая выдающаяся лекция Ф. А. Бурка по биотехнологии, Центр передовых биотехнологий и факультет биомедицинской инженерии, Бостонский университет, 2009 г.
  • Премия канцлера за государственную службу за исследования в интересах общества, Калифорнийский университет, Беркли, 2009 г.
  • 2008 г. Бриттон Чанс, заслуженный лектор, факультет химической и биомолекулярной инженерии и Институт медицины и инженерии, Пенсильванский университет, 2008 г.
  • Почетный семинар Паттена, факультет химического машиностроения, Университет Колорадо, 2008 г.
  • Признание отделения Sierra за лидерство в профессии химического машиностроения, Американский институт инженеров-химиков - Секция Северной Калифорнии, 2008 г.
  • Призрачная премия, Bay Bio, 2007.
  • Преподаватель Трумэна, Национальные лаборатории Сандиа, 2007 г.
  • Премия за профессиональный прогресс, Американский институт инженеров-химиков, 2007 г.
  • Избранный член Американской академии микробиологии, 2007 г.
  • Исследовательский проект года, Отделение Северной Калифорнии Американского института инженеров-химиков, 2007.
  • Лекция Истмана, факультет химического машиностроения, Технологический университет Джорджии, 2007 г.
  • Ученый года, журнал Discover, 2006.[33]
  • Пионер технологий, Всемирный экономический форум, 2005 г.
  • Седьмая ежегодная лекция «Границы биотехнологии», факультет химического машиностроения, Массачусетский технологический институт, 2005 г.
  • Сине-зеленый преподаватель кафедры химической инженерии Мичиганского университета и кафедры химической инженерии и материаловедения Мичиганского государственного университета, 2005 г.
  • Первый лектор Шварца, факультет химической инженерии, Университет Джона Хопкинса, 2003 г.
  • Мемориальный лектор Аллана П. Колберна, факультет химического машиностроения, Делавэрский университет, 2002 г.
  • Избранный сотрудник Американского института медицинской и биологической инженерии, 2000 г.
  • Премия AIChE за выдающиеся достижения в области химического машиностроения в академическом обучении, отделение Северной Калифорнии Американского института инженеров-химиков, 1999.
  • Стипендия молодых преподавателей Chevron, Chevron, 1995.
  • Премия КАРЬЕРА, Национальный научный фонд, 1995 г.
  • Стипендия Зенека для молодых преподавателей, Зенека Лтд., 1992–1997 годы.
  • Стипендия NIH, Стэнфордский университет, 1991–1992 годы.
  • Стипендия регентов, Университет Небраски, 1982–1986 годы.
  • С отличием окончил Университет Небраски, 1986 год.

Компании

Кислинг является основателем Amyris (с Винсентом Мартином, Джеком Ньюманом, Нилом Реннингером и Кинкидом Рейлингом), LS9 (теперь входит в состав REG с Джорджем Черчем и Крисом Соммервиллем) и Лигос (с Леонардом Кацем, Клемом Фортманом, Джеффри Дитрихом и Эриком Стин).

Личная жизнь

Кислинг родом из Гарвард, Небраска, и открыто гей.[34][35]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Выпускники лаборатории Палссона. Gcrg.ucsd.edu. Проверено 22 мая 2012.
  2. ^ Palsson, B.O .; Keasling, J.D .; Эмерсон, С. Г. (1990). «Регуляторные механизмы репликации вируса иммунодефицита человека предсказывают множественные скорости экспрессии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 87 (2): 772–776. Bibcode:1990ПНАС ... 87..772П. Дои:10.1073 / pnas.87.2.772. ЧВК 53348. PMID 2405389.
  3. ^ Страница факультета Джея Д. Кизлинга в Калифорнийском университете в Беркли. Cheme.berkeley.edu. Проверено 22 мая 2012.
  4. ^ Веб-сайт лаборатории Кизлинга
  5. ^ О JBEI. jbei.org
  6. ^ Кислинг, Джей Д. (1981). Динамика и контроль репликации бактериальной плазмиды (Кандидатская диссертация). Университет Мичигана. ProQuest 304026675.
  7. ^ Джей Кизлинг в Google Scholar. Scholar.google.com. Проверено 22 мая 2012.
  8. ^ Спектр, Майкл (2009). Отрицание того, как иррациональное мышление мешает научному прогрессу, вредит планете и угрожает нашей жизни. Penguin Group. п.229. ISBN 978-1-59420-230-8.
  9. ^ Ро, Д. К .; Paradise, E.M .; Ouellet, M .; Фишер, К. Дж .; Newman, K. L .; Ndungu, J.M .; Хо, К. А .; Eachus, R.A .; Ham, T. S .; Кирби, Дж .; Chang, M. C. Y .; Холка, С. Т .; Shiba, Y .; Sarpong, R .; Кислинг, Дж. Д. (2006). «Производство противомалярийного препарата-предшественника артемизиновой кислоты в модифицированных дрожжах». Природа. 440 (7086): 940–943. Bibcode:2006Натура.440..940р. Дои:10.1038 / природа04640. PMID 16612385.
  10. ^ Мартин, В. Дж. Дж .; Pitera, D. J .; Холка, С. Т .; Newman, J.D .; Кислинг, Дж. Д. (2003). «Разработка мевалонатного пути в Escherichia coli для производства терпеноидов». Природа Биотехнологии. 21 (7): 796–802. Дои:10.1038 / nbt833. PMID 12778056.
  11. ^ Вековой микроб может стать ключом к излечению от векового недуга. Наука в Беркли. 30 мая 2006 г.
  12. ^ Carothers et al. 2011 Наука 334: 1716
  13. ^ Dueber et al. 2009 Нат. Biotechnol. 27: 753
  14. ^ Martin et al. 2003 Нац. Biotechnol. 21: 796
  15. ^ а б Ro et al. 2006 Природа 440: 940
  16. ^ Chang et al. 2007 Нац. Chem. Биол. 3: 274
  17. ^ Paddon et al. 2013 Природа 496: 528
  18. ^ Паддон и Кизлинг. 2014. Нац. Rev. Microbiol. 12: 355
  19. ^ Steen 2010 Nature 463: 559; Runguphan 2013 Met Eng в прессе
  20. ^ Beller 2010. Appl Environ Microbiol 76: 1212
  21. ^ Goh 2012. Appl Environ Microbiol 78:70
  22. ^ Chou 2012 Appl Env Microbiol 78: 7829
  23. ^ Бокинский, 2011 г. Natl. Акад. Sci. США 108: 19949
  24. ^ Перальта-Яхья 2010 Нат. Commun. 2: 483
  25. ^ Чжан 2012 Нат Биотехнология 30: 354
  26. ^ Даль, 2013 г., Nat Biotechnol, 31: 1039
  27. ^ Чжоу 2013 Нат Коммуна 4: 2595
  28. ^ Данлоп 2011 Мол Системс Биол 7: 487
  29. ^ Бокинский 2011 Proc Natl Acad Sci 108: 19949
  30. ^ «Награды Хайнца: Джей Кислинг». Награды Heinz Awards. Награды Heinz Awards. Получено 24 августа, 2016.
  31. ^ «Награды за признание Кизлинга, Беринга и Райли в 2010 году». NOGLSTP. Получено 2019-02-20.
  32. ^ Джей Кислинг получил первую премию за гуманитарную биотехнологию, bio.org. 20 мая 2009 г.
  33. ^ Карл Циммер Ученый года: Джей Кислинг. Откройте для себя журнал. 22 ноября 2006 г.
  34. ^ Шукла, Шипра. (2009-03-02) Ученые ЛГБТ слышат о выходе на работу. Ucsf.edu. Проверено 22 мая 2012.
  35. ^ Что будет дальше?. Pbs.org. Проверено 22 мая 2012.

внешняя ссылка