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)計出更加簡單高效的生物過程，生產(chǎn)出更復(fù)雜的天然產(chǎn)品，合成出更多的有機化工產(chǎn)品。

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

近年來，我國科學(xué)家利用合成生物學(xué)技術(shù)改造的若干高產(chǎn)藥物的菌株開始投入工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)酵水平達到國際或國內(nèi)領(lǐng)先水平，新增銷售額近?10?億元人民幣。利用基因表達濃度梯度調(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?15.0?g/L；解析和重組了玫瑰孢鏈霉菌達托霉素生物合成過程的級聯(lián)調(diào)控機制和關(guān)鍵基因，達托霉素發(fā)酵單位達?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開關(guān)和群體感應(yīng)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)生物量擴張和乙醇生產(chǎn)；設(shè)計并構(gòu)建了生產(chǎn)生物柴油的大腸桿菌，并實現(xiàn)了多功能模塊的集成，通過在大腸桿菌中引入外源酶，使其同時具有合成脂肪酯、脂肪醇及蠟，并可利用簡單五碳糖為底物的多種功能，開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，計算設(shè)計與合成表征了滿足數(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)量達到?50?g/L，比國際水平高?5?倍；丁二酸產(chǎn)量達到?125?g/L，產(chǎn)物對底盤葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為?105%（可部分固定?CO₂），技術(shù)指標處于國際領(lǐng)先水平，并已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。在對光合藍細菌底盤細胞的生理調(diào)控機制進行系統(tǒng)研究和形成較為完整的理解和認識的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一系列獲得抗逆性能提高的光合藍細菌底盤細胞，通過光合模塊、CO₂固定和生物合成模塊的重構(gòu)和優(yōu)化，實現(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-?羥基丁酸均為國際上首次報道。

相關(guān)文章