轉(zhuǎn)化與應(yīng)用研究

利用合成生物學(xué)技術(shù)，有可能解決長(zhǎng)期困擾基因治療和生物治療的一系列技術(shù)難題，為癌癥、糖尿病等復(fù)雜疾病開(kāi)發(fā)出更多有效的藥物和治療手段；也有可能突破生物燃料發(fā)展的技術(shù)瓶頸，模擬乃至設(shè)計(jì)出更加簡(jiǎn)單高效的生物過(guò)程，生產(chǎn)出更復(fù)雜的天然產(chǎn)品，合成出更多的有機(jī)化工產(chǎn)品。

在醫(yī)療領(lǐng)域，除目前已廣為關(guān)注的?CAR-T?等細(xì)胞治療技術(shù)，設(shè)計(jì)合成促進(jìn)細(xì)菌入侵腫瘤細(xì)胞的線路也是合成生物學(xué)理念指導(dǎo)下細(xì)胞工程的一個(gè)開(kāi)拓性事例，也是細(xì)胞治療的一個(gè)早期例子。此后，工程噬菌體療法和細(xì)胞療法也不斷成熟，如通過(guò)工程手段構(gòu)建益生大腸桿菌，能夠識(shí)別并消滅綠膿假單胞菌，也可以通過(guò)表達(dá)異源群體感應(yīng)信號(hào)，阻斷霍亂弧菌的毒害。

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家利用合成生物學(xué)技術(shù)改造的若干高產(chǎn)藥物的菌株開(kāi)始投入工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)酵水平達(dá)到國(guó)際或國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，新增銷(xiāo)售額近?10?億元人民幣。利用基因表達(dá)濃度梯度調(diào)控技術(shù)改造納他霉素合成酶之間的適配性，納他霉素發(fā)酵水平最高達(dá)?15.0?g/L；解析和重組了玫瑰孢鏈霉菌達(dá)托霉素生物合成過(guò)程的級(jí)聯(lián)調(diào)控機(jī)制和關(guān)鍵基因，達(dá)托霉素發(fā)酵單位達(dá)?2.5?g/L?以上；重構(gòu)筑波鏈霉菌中的他克莫司合成模塊，實(shí)現(xiàn)他克莫司最高發(fā)酵單位?1?405?μg/mL。

生物燃料領(lǐng)域，研究人員利用合成撥動(dòng)開(kāi)關(guān)和群體感應(yīng)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)生物量擴(kuò)張和乙醇生產(chǎn)；設(shè)計(jì)并構(gòu)建了生產(chǎn)生物柴油的大腸桿菌，并實(shí)現(xiàn)了多功能模塊的集成，通過(guò)在大腸桿菌中引入外源酶，使其同時(shí)具有合成脂肪酯、脂肪醇及蠟，并可利用簡(jiǎn)單五碳糖為底物的多種功能，開(kāi)辟了微生物工程化煉制能源的新途徑。

在化學(xué)品生物合成方面，基于化學(xué)反應(yīng)特征和胞內(nèi)調(diào)控位點(diǎn)，計(jì)算設(shè)計(jì)與合成表征了滿(mǎn)足數(shù)百種重要化學(xué)品生物合成的功能元件，為化學(xué)分子合成途徑和高效人工合成細(xì)胞創(chuàng)建奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)功能元件。利用?DNA?組裝和精確表達(dá)調(diào)控技術(shù)，創(chuàng)建和優(yōu)化了從葡萄糖到丁二酸、戊二胺、己二酸、5-?氨基乙酰丙酸等途徑。其中，5-?氨基乙酰丙酸產(chǎn)量達(dá)到?50?g/L，比國(guó)際水平高?5?倍；丁二酸產(chǎn)量達(dá)到?125?g/L，產(chǎn)物對(duì)底盤(pán)葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為?105%（可部分固定?CO₂），技術(shù)指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，并已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。在對(duì)光合藍(lán)細(xì)菌底盤(pán)細(xì)胞的生理調(diào)控機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究和形成較為完整的理解和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一系列獲得抗逆性能提高的光合藍(lán)細(xì)菌底盤(pán)細(xì)胞，通過(guò)光合模塊、CO₂固定和生物合成模塊的重構(gòu)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了從?CO₂生物合成酮、醇、酸等典型化合物，為發(fā)展和利用新的碳資源提供了可能，其中丙酮、D-?乳酸和?3-?羥基丁酸均為國(guó)際上首次報(bào)道。

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