Die Bioproduktion von 1,2,4-Butantriol (BT) ist aufgrund seiner Verwendung als Vorstufe von Interesse. Versuche, Zellen zur BT-Produktion zu entwickeln, verliefen bisher mit unterschiedlichem Erfolg. In diesem Projekt untersuchten wir die BT-Produktion mittels zellfreier Stoffwechseltechnik. Dabei wurden Zelllysate, die jeweils ein für die BT-Produktion benötigtes Enzym enthielten, zusammen mit der Vorstufe Xylose und verschiedenen Cofaktoren vermischt. Die Möglichkeiten zur Kombination dieser Komponenten waren sehr groß.
Daher wurde die Mischungs-DOE eingesetzt, um den Designraum effizient zu erkunden. Aufgrund der für biotechnologische Systeme charakteristischen nichtlinearen Wechselwirkungen wurde festgestellt, dass ein I-optimales Mischungs-DOE-Design mit einem typischen Scheffé-Modell möglicherweise nicht ausreicht, um das System zu modellieren. Daher wurde JMP Pro verwendet, um ein hybrides DOE-Design aus I-optimaler und raumfüllender Methode zu erstellen. Zunächst wurde ein Standard-Scheffé-Vorhersagemodell angepasst. Um die Vorteile des raumfüllenden Hybriddesigns zu nutzen, wurde anschließend mit JMP Pro ein SVEM (selbstvalidierendes Ensemble-Modell) angepasst, um alle Feinheiten zu erfassen, die dem Scheffé-Modell möglicherweise entgehen.
Der JMP Multi-Objective Optimization Profiler wurde eingesetzt, um Rezepturen zu ermitteln, die die BT-Produktion maximieren und gleichzeitig die Kosten minimieren. Überraschenderweise benötigten einige der ermittelten optimalen Rezepturen nicht die teuersten, zuvor als unerlässlich geltenden Komponenten. Wie spätere Bestätigungsläufe zeigten, verdoppelte die mittels Versuchsplanung ermittelte optimale Rezeptur die BT-Produktion im Vergleich zur etablierten Referenzrezeptur und senkte gleichzeitig die Kosten um das Hundertfache.
