Model-Guided Strain Engineering: Bridges between Design and Learning in Bioprocess Development

Samenvatting

Industriële biotechnologie focust op het gebruik van micro organismen, ook wel ‘cell factories’ of cel-fabriekjes genoemd, om bio-based chemicaliën te produceren als alternatief voor chemicaliën op petroleum-basis. Cel-fabriekjes dragen bij aan de vermindering van klimaatverandering. Echter, het ontwerp van deze cel-fabriekjes is lastig wegens gebrek aan kennis over de werking van de cel en over de invloed van productie omstandigheden op het functioneren van de cel. De complexe wisselwerking tussen de talrijke factoren in een biologisch proces, maakt het lastig om te voorspellen hoe verstoringen van genetische of omgevingsfactoren het productie proces beïnvloeden. Dit resulteert in lange ontwikkeltijden van bioprocessen, die de toegang van biotechnologische producten tot de markt vertragen. In deze thesis worden wiskundige modellen gebruikt om stap voor stap de prestatie van cel-fabriekjes te verbeteren, waarbij gefocust wordt op het ontwerpen van experimenten, en op het benutten van experimentele data. Mechanistische modellen, zoals kinetische modellen en modellen van het metabolisme, worden gecombineerd met de analyse van ‘omics’ data, statistisch ontwerp van experimenten, en machine-learning om het ontwerp van cell factories en bioprocessen te versnellen.