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合成“超能力”:爲酵母菌株插上工業應用的雙翼

发布时间 2018-06-12 08:34点击次数 1240次

20173月國際權威期刊《科學》(Sicence)以封面形式報道了我國科學家參與的釀酒酵母基因組合成計劃(Sc2.0)的裏程碑式進展,短短一年後,2018522日,國際知名雜志《自然·通訊》(Nature Communications)以專刊形式七篇齊發,聚焦中英美德四國科研團隊在合成酵母菌株應用的重大突破。中國科學院深圳先進技術研究院戴俊彪課題組和英國曼徹斯特大學蔡毅之課題組合作發表了其中兩篇論文,解決了將合成酵母菌應用于代謝工程,從而生産具有重要經濟和應用價值産品的多個關鍵技術難點。

通過對基因組序列的從頭設計與合成,Sc2.0的研究者們在合成酵母中成功植入了可對染色體進行隨機重排,在短期內實現基因組快速進化的“超能力”(SCRaMbLE)。本研究在SCRaMbLE的基礎上,開發了一套“快速、高效和普適的”方法,在需要的時候人爲誘導合成酵母內基因組重排,産生序列的隨機刪除、重複、顛倒等過程,徹底打亂原有基因組,在短時間內實現基因組序列由“1”到“N”的變化,獲得具有重要工業應用價值的菌株。?

“我們基于合成的酵母菌株,開發了一系列的技術體系用于外源代謝途徑優化、底盤細胞適配以及菌株耐受性提升等,全面提升了目標産物的産量。這幾項技術的結合有望爲合成酵母菌株的工業應用插上騰飛的雙翼,産生巨大的經濟效益。”Sc2.0計劃的主要負責人之一戴俊彪表示,他曾設計構建了迄今爲止最長的釀酒酵母合成第12號染色體。

戴俊彪介紹,釀酒酵母是目前工業生産中使用最爲廣泛的一種微生物,在酶、食品、藥品、商用化學品以及能源領域有著大量的應用。在現階段,針對某一目標産物實現外源代謝途徑和底盤細胞的最優化和相互適配的過程極其複雜,往往需要大量的時間和研發投入才可能獲得具有産業化價值的産量。現在,我們利用合成酵母的這一超能力爲這一問題提供了更爲直接簡便的解決方案。

SCRaMbLEReSCuES以及後續的篩選過程組成了一個高效的‘進化加速器’,可以在短短幾天的時間內實現自然界中需要漫長的時間(可長達上億年)才能完成的性狀進化過程。”蔡毅之表示。

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合成酵母的超能力”——SCRaMbLE系統



合成酵母的進化加速器”——ReSCuES系統



合成酵母的代謝工程適配器”——in vitro and in vivo SCRaMbLE-in methods