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浙大科研人员建成一个“细胞工厂” 快来看看能造啥?

日期:2017年08月03日 来源:科技局
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工厂,是一类用以生产货物的大型工业建筑物,如今我们生活中的大部分用品都来源于工厂。但是你知道吗?随着科技的发展,一群细胞也可以组成工厂了,这个神秘的“细胞工厂”长什么样?又能造出什么产品?近日,浙江大学化学工程与生物工程学院副教授叶丽丹向记者揭秘了神奇的“细胞工厂”。

  “‘细胞工厂’,是合成生物学的发展产物。”叶丽丹告诉记者,作为21世纪初新兴的生物学研究领域,合成生物学对生命过程或生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成,可以创造解决生物医药、环境能源、生物材料等问题的微生物、细胞和蛋白酶等新“生命”。

  在浙江省自然科学基金的支持下,叶丽丹与课题组建立了一个专门生产异戊二烯——一项用于生产异戊橡胶的聚合单体的“细胞工厂”。叶丽丹说,异戊二烯在人类探索使用异戊橡胶替代天然橡胶的过程中扮演着极为重要的角色,但随着石化行业新工艺的发展,石油基C5裂解物的来源不断减少,原料瓶颈成为化学法生产异戊二烯的主要限制因素,因此迫切需要开发新的技术来生产异戊二烯。

  与传统的化学法生产异戊二烯不同,叶丽丹课题组通过改造和调控微生物体内“酶”的方法构建的“细胞工厂”,以可再生原料为碳源进行异戊二烯的绿色生产。酶是“细胞工厂”的关键功能元件,任何代谢产物的生产都是通过其合成途径中多个酶的协作而实现的。因此,酶的性能及其表达水平的相互匹配决定了生物合成的效率。

据叶丽丹介绍,课题组通过开发新型的高通量筛选策略,实现了异戊二烯合成途径中关键酶的分子改造,在此基础上结合对酶表达的代谢调控,同时实现了酶催化性能的提高以及整条合成途径代谢流的平衡,最终显著提高了异戊二烯的生物合成效率。

  在研究过程中,课题组一方面创新性地通过对MEP途径中多个关键酶同时进行改造以及对上下游途径进行分模块平衡调控,成功地使大肠杆菌的异戊二烯产量提高了4.7倍。另一方面,课题组考虑到天然异戊二烯合成酶的催化活力较低,严重限制了异戊二烯的生物合成效率,因而对异戊二烯合成酶进行了定向进化,将其催化活力提高了3.8倍。

  “因为异戊二烯沸点较低(34?C),通过生物反应器生产的产品可以气体形式直接收集,无需复杂的分离精制,因此微生物法生产异戊二烯具备了良好的应用前景。”叶丽丹认为,利用合成生物学的方法进行化学品的生物合成可以有力地推动生产技术向着更符合成本效益、环境友好及利用可再生能源技术的方向前进,从而促进社会的可持续发展。