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合成“超能力”:为酵母菌株插上工业应用的双翼

发布时间 2018-06-12 08:34点击次数 344次

20173月国际权威期刊《科学》(Sicence)以封面形式报道了我国科学家参与的酿酒酵母基因组合成计划(Sc2.0)的里程碑式进展,短短一年后,2018522日,国际知名杂志《自然·通讯》(Nature Communications)以专刊形式七篇齐发,聚焦中英美德四国科研团队在合成酵母菌株应用的重大突破。中国科学院深圳先进技术研究院戴俊彪课题组和英国曼彻斯特大学蔡毅之课题组合作发表了其中两篇论文,解决了将合成酵母菌应用于代谢工程,从而生产具有重要经济和应用价值产品的多个关键技术难点。

通过对基因组序列的从头设计与合成,Sc2.0的研究者们在合成酵母中成功植入了可对染色体进行随机重排,在短期内实现基因组快速进化的“超能力”(SCRaMbLE)。本研究在SCRaMbLE的基础上,开发了一套“快速、高效和普适的”方法,在需要的时候人为诱导合成酵母内基因组重排,产生序列的随机删除、重复、颠倒等过程,彻底打乱原有基因组,在短时间内实现基因组序列由“1”到“N”的变化,获得具有重要工业应用价值的菌株。 

“我们基于合成的酵母菌株,开发了一系列的技术体系用于外源代谢途径优化、底盘细胞适配以及菌株耐受性提升等,全面提升了目标产物的产量。这几项技术的结合有望为合成酵母菌株的工业应用插上腾飞的双翼,产生巨大的经济效益。”Sc2.0计划的主要负责人之一戴俊彪表示,他曾设计构建了迄今为止最长的酿酒酵母合成第12号染色体。

戴俊彪介绍,酿酒酵母是目前工业生产中使用最为广泛的一种微生物,在酶、食品、药品、商用化学品以及能源领域有着大量的应用。在现阶段,针对某一目标产物实现外源代谢途径和底盘细胞的最优化和相互适配的过程极其复杂,往往需要大量的时间和研发投入才可能获得具有产业化价值的产量。现在,我们利用合成酵母的这一超能力为这一问题提供了更为直接简便的解决方案。

SCRaMbLEReSCuES以及后续的筛选过程组成了一个高效的‘进化加速器’,可以在短短几天的时间内实现自然界中需要漫长的时间(可长达上亿年)才能完成的性状进化过程。”蔡毅之表示。

 

合成酵母的超能力”——SCRaMbLE系统



合成酵母的进化加速器”——ReSCuES系统



合成酵母的代谢工程适配器”——in vitro and in vivo SCRaMbLE-in methods