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Assistant Professors

PhD Biochemistry and Molecular Biology University of Groningen

Biochemistry Molecular Ph 黎浩扬 Biology

李佳月 2026-03-06 10:16:28

Postgraduate Students

Biological Engineering ChongQing Universisty

Biological 李卓 Engineering Li ChongQing

李佳月 2025-12-03 17:11:41

Alumni

2022-2025 去向：科研助理

去向 赵雪梅 Zhao 科研助理

李佳月 2025-11-10 16:46:29

Alumni

2023-2025 去向：企业

薛技去向 Xue Jike 企业

李佳月 2025-11-10 16:42:50

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为深化团队协作精神，激发科研创新动能，2025年4月，于涛课题组赴深圳大鹏新区开展“历史与海浪共激荡，科学与团队同成长”主题团建活动。通过沉浸式文化探访与创意协作挑战，30名团队成员在历史回响与碧海蓝天下完成了一次科研“能量补给”，为后续攻关合成生物学关键技术注入全新活力。古城探秘：溯源历史，传承精神清晨的大鹏所城青砖斑驳，课题组成员开启“时空解码行动”。晨曦初照，课题组一行踏入古韵悠悠的大鹏所城。这座屹立数百年的明清海防重镇，承载着厚重的历史底蕴。城中古街古巷纵横交错，青石板路蜿蜒其间，两侧的古建筑飞檐斗拱、雕梁画栋，虽历经岁月洗礼，却依然散发着独特的魅力。成员们三两成群，漫步于街巷，细细品味着每一处建筑背后的故事。触摸着斑驳的城墙，仿佛能感受到往昔戍边将士们抵御外敌的坚定决心；驻足于古老的庙宇，聆听着历史的回响，对传统文化的敬畏之情油然而生。在大鹏所城博物馆内，珍贵的文物、详实的史料，生动再现了大鹏所城在海防史上的重要地位。成员们认真聆听讲解，不时相互交流探讨，从历史的智慧中汲取前行的力量，在浓厚的文化氛围里，彼此的心灵距离悄然拉近。沙滩逐梦：协作同行，绽放活力午后转场较场尾海滩，团队在帆影鸥鸣中展开心灵畅谈。午后，阳光毫无保留地倾洒在较场尾的金色沙滩上，这里瞬间化作课题组团队协作与欢乐的欢乐场。在宽敞民宿庭院，队员们围坐一起，热烈讨论，各抒己见。傍晚，大家意犹未尽，纷纷拿出准备好的食材，开启民宿烧烤派对。有人负责生火，有人精心腌制食材，有人专注烤制。大家一边品尝美食，一边分享科研趣事、生活感悟，欢声笑语回荡在庭院。在轻松氛围中，成员们打破日常科研的严肃，关系愈发亲近，团队凝聚力在烟火气息中不断攀升。心灵交融：畅所欲言，共筑未来暮色中的围炉座谈会上，新老成员以“科研传承”为主题展开对话。从大鹏所城漫步，到较场尾民宿欢聚，交流探讨贯穿团建始终。在古城石板路上，成员们分享对历史文化与科研创新关系的思考，从古人智慧中汲取科研灵感。在民宿庭院，科研话题更是不断，从实验方案优化，到项目推进难题，大家畅所欲言。思维碰撞中，新想法、新思路不断涌现，许多科研瓶颈有了突破方向。成员们还交流生活点滴，增进彼此了解，信任在交流中加深，团队凝聚力在互动中升华。此次大鹏团建，是一次历史文化之旅，也是一场团队融合盛宴。从明代卫所到现代实验室，从海浪搏击到科研攻坚，变的时空坐标，不变的是团队协作的永恒密码。在大鹏所城，成员们接受历史文化洗礼，坚定文化自信；在较场尾民宿，通过趣味活动、休闲交流，释放压力，凝聚团队力量。如今，带着团建收获的活力与团结精神，于涛课题组成员精神饱满回归科研岗位。他们正以更具生命力的姿态，向着合成生物制造新高地进发！他们将以更紧密协作、更昂扬斗志，投身科研工作，勇攀科研高峰，续写科研新辉煌！

科研团队成员历史大鹏

系统管理员 2025-05-22 10:34:54

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今年，中国南方一个成立不足4年的年轻科研团队，十分罕见地吸引了来自美国工程院院士杰·基斯林的注意——后者因改造酵母生产青蒿素而闻名于世，被看作当代合成生物学的领军人物。很快，杰·基斯林就和这支团队开始了实质性合作，成立联合实验室，并列出一长串研究项目清单。这是他落地中国的第一个实验室，而且有言在先：“做出成果的知识产权归中国。” 　　——这被视为这支研究团队在产出数篇《科学》论文成果之外所获得的另一种“国际认可”。　　这支团队就是中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学工程研究中心。从学科来看，团队中有12位课题组组长（PI），其中有研究微生物学的，有研究合成基因组学的，也有研究理论物理方向的，甚至有专攻微流控芯片的。听起来有点像 “杂牌军”，但他们却不“各自为战”，而将“近乎一半的精力”拿来攻关一个共同难题——合成生物，他们彼此最为看重的，也是那个共同的身份——合成生物学家。　　这也是杰·基斯林“加盟”的一个主要原因：即便是在国际上，像他们这样灵活的机制和兵强马壮的团队配备也是少见的。　　在如今的大数据、大科学时代，协同创新、团队合作成为越来越多科学家的选择，培育新兴交叉学科生长点，也被提到一个很高的位置。但知易行难。　　谁能率先告别“单打独斗”的科研模式，真正打破科学家之间的“藩篱”和“围墙”，避免科研合作沦为“貌合神离”，成为这个时代的发问。而中国科学院深圳先进院这支平均年龄仅有36岁的科研团队，正在自己的团队磨合和科研实践中尝试回答这样的问题。推倒科学家心中的那堵“墙”：让他们“没有顾虑地合作” 　　在传统的团队合作和科研攻关模式里，讲究“第一发现者”的科学家群体，为了自己的灵感或方法不被窃取，往往难以放下同合作者之间的提防、戒备心理，换言之，有时尽管同处一条船上，但也难免“同床异梦”。　　对中国科学院深圳先进院合成生物团队来说，这样的问题无法回避。他们的做法是：“不去试探人性。” 　　团队负责人、中国科学院深圳先进院合成生物学工程研究中心主任刘陈立在接受中国青年报·中青在线记者采访时称，12个课题组负责人的研究方向都不一样，观察同一个问题，大家的角度也不一样——这就在很大程度上规避了“人性”的风险，合作、互补大于竞争。　　事实上，4年前团队成立之初，这样的问题就已经被“重点考虑”，他们的“招聘”也因此成了“one by one ”（一个接一个）的形式。刘陈立说，以合成生物这个大目标为导向，差异化招聘，拥有不同专长的科研人员，“看起来就像一个拼图”—— 　　2014年，刘陈立从哈佛大学博士后的岗位上辞职回国，成了团队中的第一块“拼图”。他本人偏向实验研究，于是找到加州大学圣迭戈分校的博士后马迎飞，请他掌控“生物信息学方向”，后来发现急需“数学支撑”，又请耶鲁大学博士后傅雄飞加入……截至今年，团队一共迎来了12位课题组组长。　　进入这个团队所在的楼层，可以看到一个打通的大实验室，这就是合成生物中心的公共实验室。　　刘陈立告诉记者，这是一种象征，就是希望打破学科壁垒，推倒实验室与实验室之间的“围墙”，还有科学家心中的那堵“墙”，让大家“没有顾虑地去合作”。　　当然，对这个团队来说，还有一道特殊的难题——交叉。　　熟悉交叉学科的人可能听过这样一种说法，从事这方面研究的专家，既要在各自专业领域有较高的学术水平，又要对交叉领域问题有较深入研究。那么问题来了：在某个专业领域造诣颇高的专家，一般很难抽身来顾及其他领域的课题，有的甚至“看不上”其他问题。　　这个团队的做法是：不求最好，但求最为合适。刘陈立告诉记者，两个颇具潜力的青年科学家，分别来看可能只有80分，但一旦形成团队，在一起磨合碰撞，或能创造出超过90分的成果。　　在科学领域，有时精进“1分”就有可能诞生一个很大的突破。　　在这个团队里，“青年千人计划”入选者傅雄飞的数理背景看似边缘，在刘陈立眼中却为合成生物学领域带来了新的角度。　　傅雄飞本人称很享受合成生物学所带来的魅力，他说，“物理问题比较聚敛，但来到合成生物学以后，感觉完全进入了一个新的世界——好像什么知识都可以应用到，没有科学语言的障碍，没有人是‘门外汉’。挑战生命科学最基本命题：向“上帝造人”偷师　　合成生物学是基于生命科学、工程学、信息科学和其他定量基础科学的新兴交叉学科，被认为是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后的第三次生物技术革命。　　以曾与诺贝尔奖获得者屠呦呦一道为世人所熟知的青蒿素为例，后者最初是从植物黄花蒿提取而来，但是植物提取存在占用耕地、依赖环境气候、提取过程繁琐等问题。21世纪初，杰·基斯林将青蒿素的基因引入人造酵母——也就是说，只要给酵母喂点淀粉，再用发酵罐均匀一摇，人工改造的酵母就能像“酿酒”一样生产出大量的青蒿素。这个意义不可小觑——解决青蒿素的生产原料问题，从某种意义上就是解决了治疗疟疾药物的生产问题。有统计显示，杰·基斯林的这种方法使用可控的100立方米工业发酵罐，足以替代5万亩的传统农业种植。　　事实上，合成生物学还被寄于更高的期望值。这个学科是通过“自下而上”的理念，由“元件”到“模块”再到“系统”，以工程化理念设计自然界不存在的人工生物系统，或对已有自然生物系统进行改造、重建，来满足生物医药工程工业化生产的需求。　　其最终目的，是创造生命。　　说白了，他们要做的，不只是利用合成生物学技术改造传统医药，“造来用”，也试着努力深耕人造生命的基础法则，“造来懂”。　　这就涉及生命科学研究领域一个基本性问题，即生物学到底有没有规律可循？有种说法称，21世纪的生物学，还在向20世纪物理领域“开普勒”的阶段努力，即希望从大量的实验数据、实验现象中得到一个“公式”，供人们描述并反复使用。　　这当然不容易。刘陈立打了一个比方，“这就像是在向上帝‘偷师’”——“细胞是最简单的生命，我们现在做的就是研究细胞周期是怎么定义的，如何自我分裂、代谢、繁殖。如果我们自己创造生命，如何保证染色体、遗传物质能从一到二，在合适的时间复制、分裂。集团军下令：海陆空各兵种搬上“十八般武艺” 　　事实上，近些年，国内外科学家研究获得了大量新的合成生物学“元件”，并组装出具有相应功能的基因回路。但要实现“合成生命”这一远大目标，仅有“元件”是不够的，同时要求科研人员对生命活动的调控机理有着透彻的理解。　　如今，年龄相仿又有冲劲儿，来自哈佛大学、耶鲁大学、杜克大学等名校的12位青年科学家就这样被集结起来，“全职”就位。　　合成生物学工程研究中心研究员、新晋国家“杰青”戴俊彪说，包括他在内的这支团队则不同，他们每个人都可以独当一面，成为团队中的一个“模块”，完成“设计——合成——测试——学习”的闭环——这是他们的优势。　　傅雄飞在描述团队合作时打过一个比方：团队里任一成员抛出一个生物学问题，然后整个团队以问题为导向，利用大家的专长和不同的眼光对问题进行剖析——相当于海陆空各个兵种都有的集团军，集体去尽力解决同一个问题。　　化学生物学背景的李楠从事蛋白质组学研究，他还记得有一次，团队里一个实验小组要给培养的细菌拍照片追踪运动过程，但是细菌在培养基上跑来跑去的，小组成员每过一会儿就要跑过去拍一张照片。　　——不断重复的实验、海量的分析数据非常浪费人力和时间，这被称为生物学研究中“不必要的必需”，也让生物学实验室被戏称为“劳动密集型工作”。　　专攻物理的傅雄飞和做工程的黄术强走过去一看，一拍即合：“这不用人力做，太慢了！”随后承诺给这个实验小组做一个多物体定时追踪的机器。　　李楠说，在实验室里随便走一圈，就能知道“不是你同行”的同事在做什么，他们能做什么，大家碰撞出了不少火花。　　在李楠看来，这种科研攻关模式，节省的不仅是资源，最重要的是，更加便于人们思想的交流与碰撞。　　而不管是在传统科学领域，还是新兴科学领域，科学家——这群地球上最聪明大脑的头脑风暴，是最弥足珍贵的。

团队合成 生物学 问题研究

系统管理员 2025-04-22 13:47:32

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近日，国家自然科学基金委员会公布了2024年度国家自然科学基金项目资助结果，我组博士后曹文兵获得国家自然科学基金-青年科学基金项目的资助。曹文兵博士获得国家自然科学基金-青年科学基金项目的资助，对于我组来说具有深远的意义。这不仅是对曹文兵博士在科学研究领域辛勤付出的肯定，也为我组的研究工作注入了新的活力。此项资助将有力推动我组在相关领域的研究进展，这也为我组培养青年科研人才提供了良好的示范效应，激励更多青年学者投身科学研究，为我国科技创新贡献力量。向曹文兵老师表示祝贺！于涛组成员为曹文兵博士庆功（第一排左三为曹文兵博士）

曹文兵 青年资助博士基金

系统管理员 2025-05-22 10:34:54

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9月19日，由中国科学院深圳先进技术研究院与中海石油化学股份有限公司共同组建的“碳中和与粮食安全交叉创新联合实验室”在北京正式揭牌成立。联合实验室将围绕国家双碳和粮食安全战略，由科技国家队与大型龙头国企协同攻克合成生物制造产业底层技术、激活新业态新动能，打造技术创新策源地。 9月19日，揭牌仪式现场。中海化学公司总裁侯晓峰表示：“中海化学身为央企化肥保供稳价主力军，既要坚守经营稳健、效益突出的良好局面，又要善于设想、勇于实践，敢于为打造未来化工产业格局、服务未来国家需求大局付出努力。二氧化碳制淀粉合作项目，依托于中海化学多年自有产能基础，借力于深圳先进院在生物化工领域取得的重大突破，产业化的成功虽有其长期性，也有其必然性。一旦突破菌株关键核心技术，将拓宽、延伸基于甲醇/CO2转化利用的碳一化学产业版图，结合上下游技术的发展，将有望一并解决CO2规模化消纳和国家粮食安全两大时代命题。” 深圳先进院副院长郑海荣表示：“新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构，特别是以合成生物学为代表的新兴技术正推动着绿色生物制造成为具备世界级竞争力的战略性新兴产业发展高地。深圳先进院与中海化学的此次合作是国家战略科技力量主力军和中央企业的强强联合，希望双方发挥各自在人才、平台资源、核心技术、产业化等方面的优势，共同攻克合成生物制造重大难题、掌握绿色科技制高点，加速推动科技创新成果向产业转移转化，服务国家双碳与粮食安全战略。” 双方代表为联合实验室揭牌 “联合实验室项目的开发，将拓宽中海化学公司在天然气化学领域的产业版图，并进一步践行可再生能源驱动的农业新范式”，深圳先进院合成所研究员、联合实验室首席科学家于涛表示。据介绍，该项目将以团队前期在CO2到葡萄糖与脂肪酸的制备（Nature Catalysis，2022）上取得的突破进展为基础，利用新一代生物制造技术构建微生物细胞工厂，将CO2和甲醇等碳一底物转化为高价值的糖类淀粉等含氧化学品。通过生物技术开发与研究推进粮食、化工品的生产，促进“碳中和” 目标的实现。联合实验室还将为中国海油南海富二氧化碳天然气资源及甲醇原料寻找高效利用的新途径。中国海油党组成员、副总经理俞进总结并指出：“面对能源转型催生的产业变革、中国海油需要走出企业，走进中国科学院这样的世界一流科研院所，打破传统技术体系壁垒，变非常规为常规，用跨界实现跨越。进一步推动链条式、规模化实现二氧化碳的绿色转化与利用，形成多资源输入与多产品输出的一体化发展格局，播撒更多创新火种。” 深圳先进院发展处处长毕亚雷、发展处副处长黄小华，中国海油规划计划部、科技与信息化部、企业管理部及中海化学有关领导出席揭牌仪式。【供稿】发展处【编辑】文宣办

技术产业化学创新发展

系统管理员 2025-05-22 10:33:12

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1月12日，由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅及中国科学报社承办的2022年度“中国/世界十大科技进展新闻”评选结果正式揭晓，“我国科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸”入选“中国十大科技进展新闻”。中国科学院深圳先进技术研究院科研成果17天来第二次入选全国年度十大科技新闻。不久前，2022年12月26日，“二氧化碳‘变’葡萄糖和脂肪酸”入选科技日报社主办、部分两院院士和媒体人士共同评选出的2022年“国内十大科技新闻”。 01 深圳前瞻部署建设合成生物产业高地，未来或达万亿级规模 2022年，电子科技大学夏川课题组、深圳先进院于涛课题组和中国科学技术大学曾杰课题组共同完成独创了一种二氧化碳转化新路径，通过电催化与生物合成相结合，成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸，为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。该成果于2022年4月28日以封面文章形式在《自然—催化》发表。该成果一经发表，获得各届广泛关注。通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图（来源：研究团队供图）近年来，深圳持续努力加快建设具有全球重要影响力的科技创新中心，建设强大的科技基础能力、科技创新策源能力、科技成果转化能力、产业技术创新能力和自主创新能力，加快实现高水平科技自立自强。《2022年全球创新指数报告》显示，深圳—香港—广州科技集群居全球第二。《全球科技创新中心发展指数2022》显示，深圳在全球科创中心中综合排名第12位，其中深圳的技术创新全球策源力排名全球第5位、中国第一。本次深圳参与的科研成果半个月内两次入选全国年度十大科技新闻，离不开深圳在合成生物学领域的前瞻布局以及长期形成的创新环境，也是深圳近年加强基础研究和“无人区”前沿探索成果的缩影之一。随着新一轮科技革命和产业变革的突飞猛进，我国进入了新发展阶段。在新形势下，谁能开辟更多新领域新赛道，掌握更多关键核心技术，谁就能赢得发展的主动权，确保发展的高质量和持续性。一直以来，深圳始终瞄准国家和“双区”建设的重大战略需求，着力融合信息技术（IT）和生物技术（BT），不断抢占科技发展的制高点。合成生物作为现代生物前沿领域，近年成为各国必争的科技产业高地。深圳市前瞻布局合成生物学赛道 2017年深圳先进院成立合成生物学研究所； 2018年合成生物重大科技基础设施获市发改委批复选址光明科学城开始建设； 2019年在深圳市科创委的支持下，深圳合成生物学创新研究院应运而生； 2022年6月深圳发布《关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的意见》，计划打造20个战略性新兴产业和8个未来产业的产业集群，合成生物位列八大未来产业之首。事实上，得益于深圳围绕合成生物产业化加速创新链、产业链、资金链、人才链的有机融合，深圳已成为中国合成生物学代表力量及全球合成生物学创新网络发展的核心节点。 “相信再过10年或15年，合成生物产业会达到万亿级的规模。”国际欧亚科学院院士、深圳先进院院长樊建平表示，合成生物学是全球前沿科学，需要“从0到1”的创新，而深圳多年来积累了“从1到100”的产业优势，基础科研和产业化可以螺旋式迭代、牵引，从产业端诞生的需求可以牵动基础科研，基础科研也可以推动产业的发展，从而更有利于实现科研成果产业化。 02 科研、产业两手抓，打破源头创新到产业发展壁垒近年来深圳合成生物产业迅速崛起。5年来，深圳不仅发力“从0到1”的创新，而且打破打通源头创新到产业发展的壁垒。截至目前，由深圳先进院牵头建设的深圳合成生物学创新研究院已汇聚大量国内外合成生物学领域青年骨干及海内外领军科学家，人员规模超1000人。值得关注的是，学术带头人中80%为国家级人才。 2022年，深圳合成院深耕科研，年度发表论文277篇，其中高水平论文249篇。这当中，CNS（Cell/Nature/Science）系列文章28篇；新增申请专利110件，授权专利12件，新增PCT申请33件。这一年深圳合成院多项优质成果在国际权威期刊刊登，如：钟超团队利用细菌生物被膜开发可持续性半人工光合体系利用光催化生产燃料分子或化学品，为可持续半人工光合体系的构建提供了一种新的思路，研究成果发表于《科学进展》；司龙龙团队以流感病毒为模式病毒，建立了蛋白降解靶向病毒作为减毒疫苗的技术，为疫苗开发提供了新路径，成果在《自然—生物技术》刊发；陈万泽团队开发了活细胞测序技术Live-seq，首次实现进行单细胞测序后保持细胞存活，是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态和其后续表型的唯一解决方案，成果发表于《自然》。

深圳合成科技产业发展

系统管理员 2025-05-22 10:33:12

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新闻全文详见《iSynBio爱星博》公众号 https://mpweixinqqcom/s/blgy-XiWRv1EAIn_wVVYZg 10月27日，中国科学院深圳先进技术研究院合成所于涛课题组的最新研究成果以“Metabolic reconfiguration enable synthetic reductive metabolismin yeast”为题发表于Nature Metabolism。研究团队通过理性设计，组合磷酸戊糖循环、转氢循环和外部呼吸链三个模块，在酵母细胞内构建了一个合成能量系统，其可以支持细胞生长和高还原性化合物的生产，并实现40%的自由脂肪酸产率，为目前酿酒酵母研究的最高水平。该成果由中国科学院深圳先进技术研究院于涛实验室与查尔姆斯理工大学JensNielsen实验室合作共同完成，于涛研究员为第一作者兼共同通讯作者，深圳先进技术研究院博士生王湘，研究助理刘香健也为研究作出重要贡献。文章上线截图于涛团队致力于利用合成生物学方法，解决可持续制造、绿色能源的生物存储与粮食安全等重大问题。前期工作中，团队成功实现了空气中CO2到葡萄糖与脂肪酸的制备（Nature Catalysis，2022），本工作开发的合成的能量系统（细胞双引擎），进一步提高了脂肪酸的转化率，并为下一步开发可再生能源的生物储能技术打下了基础。细胞在生长过程中合成大分子、构建碳骨架，这些过程消耗能量，且需要克服底物和生物量之间的还原度差异。对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞往往需要额外的还原力和能量来合成这些化合物。而这无疑需要对细胞的代谢网络进行重构，因为细胞获取能量和还原力、合成大分子和构建碳骨架的目的是为自身生长，而不是产品合成。因此，研究者们构想，是否有可能从头构建一个合成的能量系统，其是否可以取代内源的能量系统为细胞供应能量支撑生长？其是否能为化学品合成提供额外的能量和还原力？细胞内的反应高度协作，胞内的能量和物质组成维持在一定的比例，细胞是否能接受过量的NADPH和NADH？研究团队通过理性重排还原代谢，在酵母细胞内构建了一个新型合成能量系统，利用重复的单脱羧反应和转氢循环实现NADPH和NADH的合成，并进一步转变为能量进行释放。该系统由三个模块组成：磷酸戊糖（Pentose Phosphate，PP）循环、转氢循环和外部呼吸链（图1）。图1合成能量系统示意图 PP循环与转氢循环的构建重复脱羧是细胞还原代谢的基础，因此要构建一个新的能量系统首先就是要构建一个重复脱羧循环。磷酸戊糖途径中，6-磷酸葡萄糖（G6P）被催化为5-磷酸核糖（R5P）时失去一分子CO2，生成2分子NADPH，此为氧化阶段；之后C5分子经可逆重排，最终重构为6-磷酸果糖（F6P）和3-磷酸甘油醛（G3P），此为非氧化阶段；G3P经部分糖异生途径可以回到G6P，再一次进入氧化阶段，这样就构成了PP 循环。在这个循环中，1分子葡萄糖彻底氧化可以生成12分子NADPH。NADPH是细胞内的还原力通量，而NADH经过氧化呼吸链可以生成ATP。研究者过表达酵母内源谷氨酸盐转氢酶GDH1和GDH2，在胞质内实现1分子NADPH不可逆转变为1分子NADH的转氢循环（图2a）。研究者选择了一株消除葡萄糖效应的丙酮酸脱羧酶缺陷菌株E1B[1]（重命名为SynENG001）来测试PP循环和转氢循环的碳通量。该菌株以氧化磷酸化为主要供能过程，可以在单一葡萄糖碳源上生长，且具有较好的胞质NADH平衡能力。研究者敲除了磷酸果糖异构酶基因pgi1，打断了糖酵解途径，提高了PP循环碳通量，得到的菌株SynENG064不能以糖为单一碳源生长；而在添加转氢循环后，得到的菌株SynENG065在5天内可以生长到OD600 nm=10（图2b）。由此可推测敲除pgi后胞内的NADPH过量，对细胞生长产生抑制。在野生型酵母内敲除pgi并过表达GDH2仅能部分恢复细胞生长，研究者推测这是由于转氢循环产生的过量NADH抑制细胞生长，因此细胞需要一个有效的呼吸链来解除胞质内多余的NADH。以上结果证实PP循环和转氢循环运行良好，且两个模块有较高的碳通量。图2通过转氢循环解除NADPH过量产生的毒性。a PP循环和不可逆的转氢循环。b 转氢循环恢复了pgi1缺失导致的生长缺陷。SynENG064菌株敲除了pgi1，SynENG065菌株敲除pgi1同时过表达了GDH1和GDH2（转氢循环）。高还原度化学品合成验证胞质NADH水平提高琥珀酸是一种四碳二羧酸，从丙酮酸合成琥珀酸需要细胞提供额外的还原力NADH。研究者在SynENG001菌株中过表达了琥珀酸合成所需要的各基因，并下调了磷酸果糖激酶（PFK）的表达水平推动碳流更多流向PP循环，使琥珀酸的产量升至约33 g/L（图3）。在此过程中研究者还发现了甘油的积累，这些都说明PP循环和转氢循环导致细胞内的NADH过剩。图3合成能量系统产生过量NADH供给高还原度化学品合成。a 磷酸果糖激酶下调的PP循环示意图。b PP循环结合转氢循环提高了琥珀酸的生产。c PP循环结合转氢循环提高了甘油的生产。为细胞生长构建新的能量引擎研究者模拟线粒体内的氧化呼吸链，表达了两种外部NADH脱氢酶NDE1和NDE2，将胞质NADH与线粒体电子传递链联系起来，得到菌株SynENG012（图4a-b）。在下调TCA循环关键基因异柠檬酸脱氢酶IDH2的表达水平时，细胞生长逐渐受损乃至致死；放入合成能量系统（转氢循环和外部呼吸链）后，细胞生长不受影响（图4c-d）。这些说明合成能量系统可以替代胞内原有能量系统发挥作用，支持细胞生长。图4合成能量系统支持细胞生长。a 双能量引擎设计示意图。b 双能量系统的过度脱羧导致细胞生长受损。c 无合成能量系统时，TCA循环下调导致细胞生长受损。d 合成能量系统可替代TCA循环支持细胞生长。利用合成能量系统促进脂质生产自然界的产油真菌中线粒体内的异柠檬酸脱氢酶受损会导致油脂的过度生产，因此先前的研究中，研究者在已优化的产自由脂肪酸（Free Fatty Acids，FFAs）菌株动态调控IDH2的表达，得到菌株Y&Z032[2]。但是摇瓶发酵后细胞生长和FFAs产量都下降了。研究者推测这是由于胞内能量供应不足，因此放入了转氢循环和外部呼吸链，得到的菌株SynENG024生物量相对提高100%，FFA产量提高200%（图5a-c）。这也进一步印证了合成能量系统可以支持细胞生长和高还原性化合物的生产。此外，研究者还过表达不同来源的果糖-1,6-二磷酸酶FBP1来提高NADPH供应（图5d）；使用不同的启动子微调NADPH和ATP的比例，但并未观察到FFAs产量的明显提高。因此在胞内表达了非氧化糖酵解（Non-oxidative glycolysis，NOG）途径，将PP途径部分分流到乙酰辅酶A的合成。如预期所料，FFAs产量提高了30%（图5e）。这说明最优生产需要结合多策略实现。分批补料发酵实验中，研究者在FFAs生产的最佳菌株SynENG050中恢复了完整功能的TCA循环来避免高浓度乙醇的积累，又过表达一份FFAs合成途径来竞争碳源和消耗过多的NADH，得到菌株SynENG058，发酵后使用Dodecane进行提取，得到20 g/L的FFAs，产率达到0134 g FFAs/g葡萄糖，为最高理论得率的40%（图5f）。图5合成能量系统提高FFAs生产。a 双能量引擎供给FFAs生产示意图。b 合成能量系统可替代TCA循环支持细胞生长。c 合成能量系统可替代TCA循环支持FFAs生产。d 果糖-1,6-二磷酸酶过表达提高了FFAs的生产。e NOG途径与合成能量系统协作提高了FFAs的生产。f 限糖限氮条件下SynENG058菌株的补料分批发酵。生物技术的挑战之一是如何在刚性代谢网络的基础上改变胞内能量（ATP）和还原力（NADH/NADPH）的相对化学计量比，来积累过量能量/还原力进行产品合成。本文构建了一个合成能量系统为细胞供给额外的能量和还原力，经过实验验证，该系统可替代原有的TCA循环，可支持高还原度化学品的生产，也可与其他途径合作高效生产以乙酰辅酶A为前体的化学品。这是第一个通过理性设计构建的合成能量系统，这项研究揭示了细胞能量代谢网络的可塑性：尽管经过了几百万年的进化，细胞的能量代谢网络依然可以重构。该研究工作获得国家重点研发计划（2020YFA0907800，2021YFA0911000）、国自然面上基金（NSFC 32071416）、深圳合成生物学创新研究院交叉项目（JCHZ20200003）、深圳市微生物药物智能制造重点实验室以及深圳合成生物学创新研究院的支持。

合成能量细胞循环生长

系统管理员 2025-05-22 10:33:12