1,2,4-부탄트리올(BT)은 전구체로서의 유용성 때문에 생물학적 제조에 대한 관심이 높아지고 있습니다. BT 생산을 위한 세포 유전공학적 접근 방식은 지금까지 다양한 성공 사례를 보여왔습니다. 본 연구에서는 세포 용해액에 BT 생산에 필요한 각 효소를 포함시키고, 전구체인 자일로스와 여러 보조인자를 혼합하는 무세포 대사공학적 방법을 통해 BT 생산을 탐구했습니다. 이러한 구성 요소들을 혼합할 수 있는 설계 공간은 매우 넓었습니다.
따라서 효율적인 설계 공간 탐색을 위해 혼합물 실험 설계(Mixture DOE)를 사용했습니다. 생물 제조 시스템의 특징인 비선형 상호작용으로 인해 일반적인 Scheffé 모델을 사용하는 I-최적 혼합물 실험 설계로는 시스템 모델링에 충분하지 않을 수 있다고 판단했습니다. 이에 JMP Pro를 사용하여 I-최적 설계와 공간 채움 설계를 결합한 하이브리드 실험 설계를 구축했습니다. 먼저 표준 Scheffé 예측 모델을 적합시킨 후, 공간 채움 하이브리드 설계의 장점을 활용하기 위해 JMP Pro를 사용하여 SVEM(자체 검증 앙상블 모델)을 적합시켜 Scheffé 모델이 포착하지 못할 수 있는 미묘한 차이를 반영했습니다.
JMP 다목적 최적화 프로파일러를 사용하여 BT 생산량을 최대화하는 동시에 비용을 최소화하는 최적의 배합을 예측했습니다. 놀랍게도, 예측된 최적 배합 중 일부는 기존에 필수적이라고 여겨졌던 가장 고가의 성분을 필요로 하지 않았습니다. 이후 검증 실험을 통해 확인된 바와 같이, 실험 설계(DOE)로 예측된 최적 배합은 기존 기준 배합에 비해 BT 생산량을 두 배로 늘리는 동시에 비용은 100배 절감했습니다.
