BR
Blake Rasor
Author with expertise in Metabolic Engineering and Synthetic Biology
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
6
(67% Open Access)
Cited by:
275
h-index:
12
/
i10-index:
14
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
106

Carbon-negative production of acetone and isopropanol by gas fermentation at industrial pilot scale

Fungmin Liew et al.Feb 21, 2022
Many industrial chemicals that are produced from fossil resources could be manufactured more sustainably through fermentation. Here we describe the development of a carbon-negative fermentation route to producing the industrially important chemicals acetone and isopropanol from abundant, low-cost waste gas feedstocks, such as industrial emissions and syngas. Using a combinatorial pathway library approach, we first mined a historical industrial strain collection for superior enzymes that we used to engineer the autotrophic acetogen Clostridium autoethanogenum. Next, we used omics analysis, kinetic modeling and cell-free prototyping to optimize flux. Finally, we scaled-up our optimized strains for continuous production at rates of up to ~3 g/L/h and ~90% selectivity. Life cycle analysis confirmed a negative carbon footprint for the products. Unlike traditional production processes, which result in release of greenhouse gases, our process fixes carbon. These results show that engineered acetogens enable sustainable, high-efficiency, high-selectivity chemicals production. We expect that our approach can be readily adapted to a wide range of commodity chemicals.
106
Citation275
1
Save
0

Cell-free styrene biosynthesis at high titers

William Grubbe et al.Mar 6, 2020
Styrene is an important petroleum-derived molecule that is polymerized to make versatile plastics, including disposable silverware and foamed packaging materials. Finding more sustainable methods, such as biosynthesis, for producing styrene is essential due to the increasing severity of climate change as well as the limited supply of fossil fuels. Recent metabolic engineering efforts have enabled the biological production of styrene in Escherichia coli, but styrene toxicity and volatility limit biosynthesis in cells. To address these limitations, we have developed a cell-free styrene biosynthesis platform. The cell-free system provides an open reaction environment without cell viability constraints, which allows exquisite control over reaction conditions and greater carbon flux toward product formation rather than cell growth. The two biosynthetic enzymes required for styrene production were generated via cell-free protein synthesis and mixed in defined ratios with supplemented L-phenylalanine and buffer. By altering the time, temperature, pH, and enzyme concentrations in the reaction, this approach increased the cell-free titer of styrene from 5.36 +/- 0.63 mM to 40.33 +/- 1.03 mM, an order of magnitude greater than cellular synthesis methods. Cell-free systems offer a complimentary approach to cellular synthesis of small molecules, which can provide particular benefits for producing toxic molecules.
8

Dynamic Kinetic Models Capture Cell-Free Metabolism for Improved Butanol Production

Jacob Martin et al.Sep 20, 2022
ABSTRACT Cell-free systems are useful tools for prototyping metabolic pathways and optimizing the production of various bioproducts. Mechanistically-based kinetic models are uniquely suited to analyze dynamic experimental data collected from cell-free systems and provide vital qualitative insight. However, to date, dynamic kinetic models have not been applied with rigorous biological constraints or trained on adequate experimental data to the degree that they would give high confidence in predictions and broadly demonstrate the potential for widespread use of such kinetic models. In this work, we construct a large-scale dynamic model of cell-free metabolism with the goal of understanding and optimizing butanol production in a cell-free system. Using a novel combination of parameterization methods, the resultant model captures experimental metabolite measurements across two experimental conditions for nine metabolites at timepoints between 0 and 24 hours. We present analysis of the model predictions, provide recommendations for butanol optimization, and identify the aldehyde/alcohol dehydrogenase as the primary bottleneck in butanol production. Sensitivity analysis further reveals the extent to which various parameters are constrained, and our approach for probing valid parameter ranges can be applied to other modeling efforts.
25

Modular cell-free expression plasmids to accelerate biological design in cells

Ashty Karim et al.Jul 22, 2020
Abstract Industrial biotechnology aims to produce high-value products from renewable resources. This can be challenging because model microorganisms—organisms that are easy to use like Escherichia coli —often lack the machinery required to utilize desired feedstocks like lignocellulosic biomass or syngas. Non-model organisms, such as Clostridium , are industrially proven and have the desired metabolic features but have several hurdles to mainstream use. Namely, these species grow more slowly than conventional laboratory microbes and genetic tools for engineering them are far less prevalent. To address these hurdles for accelerating cellular design, cell-free synthetic biology has emerged as an approach for characterizing non-model organisms and rapidly testing metabolic pathways in vitro . Unfortunately, cell-free systems can require specialized DNA architectures with minimal regulation that are not compatible with cellular expression. In this work, we develop a modular vector system that allows for T7 expression of desired enzymes for cell-free expression and direct Golden Gate assembly into Clostridium expression vectors. Utilizing the Joint Genome Institute’s DNA Synthesis Community Science Program, we designed and synthesized these plasmids and genes required for our projects allowing us to shuttle DNA easily between our in vitro and in vivo experiments. We next validated that these vectors were sufficient for cell-free expression of enzymes, performing on par with the previous state-of-the-art. Lastly, we demonstrated automated six-part DNA assemblies for C. autoethanogenum expression with efficiencies ranging from 68-90%. We anticipate this system of plasmids will enable a framework for facile testing of biosynthetic pathways in vitro and in vivo by shortening development cycles.