應(yīng)用科學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)通向

產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的必經(jīng)之路

合成生物學(xué)采用工程科學(xué)研究理念，對(duì)生物體進(jìn)行有目標(biāo)地設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成，創(chuàng)建賦予非自然功能的“人造生命”�；�因測(cè)序、編輯及合成技術(shù)、計(jì)算生物學(xué)、人工智能等一系列底層賦能技術(shù)的突破加速合成生物學(xué)發(fā)展，從此開(kāi)創(chuàng)了以構(gòu)建分子機(jī)器 (體外催化) 和細(xì)胞工廠 (體內(nèi)催化) 為代表的合成生物制造的新興生物工程領(lǐng)域，拉開(kāi)了合成生物學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的序幕。

從終產(chǎn)物合成位置的角度來(lái)看，生物合成路徑分為胞內(nèi)生產(chǎn)和胞外生產(chǎn)。胞內(nèi)生產(chǎn)即搭建細(xì)胞工廠，通過(guò)對(duì)底盤細(xì)胞的改造、胞內(nèi)酶和代謝通路的改造和調(diào)控等，使微生物直接代謝終產(chǎn)物。細(xì)胞工廠目前廣泛應(yīng)用于大宗化學(xué)品和天然產(chǎn)物的生產(chǎn)。胞外（體外）生產(chǎn)關(guān)鍵點(diǎn)在于無(wú)細(xì)胞酶促體系的構(gòu)建，對(duì)催化酶進(jìn)行理性/半理性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)化，在體外構(gòu)建酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)以簡(jiǎn)化工藝流程，某些流程還可結(jié)合化學(xué)合成提高收率。雖然細(xì)胞工廠利用整合的概念一勞永逸地將代謝物轉(zhuǎn)化所涉及到的所有酶一并構(gòu)建在細(xì)胞內(nèi)，但是體外酶催化具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。合理應(yīng)用底層賦能技術(shù)搭建應(yīng)用平臺(tái)，同時(shí)從產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化視角出發(fā)正確選擇終產(chǎn)物的生產(chǎn)方式，對(duì)于合成生物企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

因此，一個(gè)合格的合成生物平臺(tái)企業(yè)要想從基礎(chǔ)科學(xué)向產(chǎn)業(yè)實(shí)踐轉(zhuǎn)化，細(xì)胞工廠構(gòu)建、酶的定向進(jìn)化和篩選、無(wú)細(xì)胞酶促合成體系和與化學(xué)合成的結(jié)合是必修課。

胞外生產(chǎn)

催化酶的改造和篩選

酶具有在催化反應(yīng)時(shí)不會(huì)改變自身的結(jié)構(gòu)或被消耗、可重復(fù)使用、反應(yīng)條件簡(jiǎn)單易控、高效催化等特點(diǎn)，因此成為了合成生物學(xué)研究當(dāng)中的關(guān)鍵元件，通過(guò)對(duì)于不同酶元件的組裝，研究人員在許多目標(biāo)分子反應(yīng)路線的設(shè)計(jì)上取得了突破。

物種在自然界中進(jìn)化伴隨著酶的進(jìn)化，而酶的定向進(jìn)化是一個(gè)建立在分子基礎(chǔ)上的人為過(guò)程，它將天然進(jìn)化過(guò)程轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)行加速。酶的定向進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是一個(gè)迭代過(guò)程，包括確定起始酶（定向進(jìn)化起點(diǎn))、基因多樣化、酶蛋白質(zhì)表達(dá)和功能篩選、再多樣化、再篩選等，直到在酶活性、結(jié)合親和力或特異性方面達(dá)到令人滿意的性能水平，即達(dá)到定向進(jìn)化終點(diǎn)。盡管定向進(jìn)化功能強(qiáng)大，其高成本、高耗時(shí)以及對(duì)部分反應(yīng)缺乏起始模板等問(wèn)題的存在，限制了其在工業(yè)應(yīng)用上的廣泛推廣，因此理性設(shè)計(jì)和半理性設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)策略應(yīng)運(yùn)而生，用以優(yōu)化酶的性能，或是改變酶的反應(yīng)底物、反應(yīng)路線等。

由半理性設(shè)計(jì)邁向理性設(shè)計(jì)

催化酶的改造研究已有超40年的歷史：1978年Hall首先開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)室酶的定向進(jìn)化以探索新功能酶；2001年David 開(kāi)始蛋白的從頭設(shè)計(jì)建模；2010年Anderson 通過(guò)電腦對(duì)酶進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)解決細(xì)菌耐藥性問(wèn)題；2018年Arnold 因?qū)γ付ㄏ蜻M(jìn)化的杰出貢獻(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。整體看來(lái)，酶的改造歷史由原先的人工選擇定向進(jìn)化，逐步進(jìn)入半理性設(shè)計(jì)與理性設(shè)計(jì)階段。

與人工選擇的酶定向進(jìn)化不同，酶的半理性設(shè)計(jì)策略，具體是基于分子層面上對(duì)酶的氨基酸序列精準(zhǔn)引入突變，使酶活性位點(diǎn)及附近或酶表面發(fā)生的突變有助于優(yōu)化催化活性，從而產(chǎn)生更有效的酶庫(kù)。這是一種基于酶氨基酸序列-酶空間結(jié)構(gòu)-酶功能三者之間關(guān)系的理解結(jié)合隨機(jī)引入突變的方法。具體步驟在編輯酶的部分片段基因中引入突變，形成酶的基因突變庫(kù) ；利用蛋白質(zhì)表達(dá)載體對(duì)酶進(jìn)行表達(dá)，形成酶蛋白質(zhì)突變庫(kù)；對(duì)酶的功能進(jìn)行選擇或者篩選；判斷本輪進(jìn)化是否達(dá)到目的以及決定是否進(jìn)行新一輪定向進(jìn)化。酶半理性設(shè)計(jì)對(duì)自動(dòng)化、高通量設(shè)備要求極高，要求高通量挑蛋白、挑菌落、精準(zhǔn)滴液及培養(yǎng)自動(dòng)化，均需要軟硬件的配合。

酶的半理性設(shè)計(jì)策略在工業(yè)應(yīng)用廣泛，在Merck與Codexis開(kāi)發(fā)的Islatravir酶合成工藝中充分體現(xiàn)了這種酶半理性設(shè)計(jì)應(yīng)用的普適性。該設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)基本步驟：1) 通過(guò)酶資源庫(kù)信息分析比對(duì)、篩選具有該活性的酶；2) 利用酶與底物結(jié)合信息創(chuàng)建小的突變體庫(kù)進(jìn)行篩選；3) 對(duì)整個(gè)基因進(jìn)行隨機(jī)突變篩選(可循環(huán)多輪)。

當(dāng)前，以定點(diǎn)突變?yōu)槠瘘c(diǎn)的半理性設(shè)計(jì)目前已發(fā)展成為兩個(gè)分支：一是根據(jù)蛋白質(zhì)一維的氨基酸序列，進(jìn)行隨機(jī)突變、定向篩選，獲得性能提高的突變體。二是根據(jù)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制，以理性的方式選取擬改造活性位點(diǎn)并構(gòu)建突變體來(lái)提高酶的性能。而隨著計(jì)算和人工智能技術(shù)的發(fā)展，理性設(shè)計(jì)正使半理性設(shè)計(jì)的兩個(gè)分支正在呈現(xiàn)合二為一的趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)從DNA序列到蛋白質(zhì)功能的新酶設(shè)計(jì)策略和人工智能新算法，在先進(jìn)算法指導(dǎo)下進(jìn)行計(jì)算機(jī)虛擬篩選及從頭設(shè)計(jì)，顯著提高了蛋白質(zhì)改造的效率。

與半理性設(shè)計(jì)不同的是，酶的理性設(shè)計(jì)需要知道詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和基因信息，直接定點(diǎn)設(shè)計(jì)所需要的催化劑。由于結(jié)合了計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、有機(jī)化學(xué)、酶學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)、定向進(jìn)化等多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，理性設(shè)計(jì)降低了傳統(tǒng)誘變與人工篩選所帶來(lái)的工作量，一定程度地?cái)[脫了高成本、長(zhǎng)周期消耗，同時(shí)借助高通量篩選，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了催化酶的定向改造。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已具有催化酶的理性設(shè)計(jì)能力，例如，合成生物學(xué)領(lǐng)跑企業(yè)瑞德林正在建立全國(guó)第一個(gè)二肽酶庫(kù)，覆蓋22種氨基酸的400余種組合，可快速完成新酶挖掘、功能改造、表達(dá)系統(tǒng)建立及催化工藝優(yōu)化，以應(yīng)用到生物合成中改變?cè)�有功效護(hù)膚、營(yíng)養(yǎng)健康等原料化學(xué)合成的方式，推動(dòng)降本增效，改變?cè)�料格局�?/p>

我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)也在催化酶的挖掘取得巨大進(jìn)步，涌現(xiàn)出了一批出色的研究團(tuán)隊(duì)。來(lái)自華南師范大學(xué)的黃華研究員長(zhǎng)期專注于微生物酶資源的鑒定與改造，實(shí)現(xiàn)微生物代謝、微生物發(fā)酵以及微生物酶工業(yè)催化的理論與應(yīng)用研究。現(xiàn)承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金“酶組學(xué)”面上項(xiàng)目“酶組學(xué)法揭示糖酸在人體微生物中的轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)”。

黃華 研究員

華南師范大學(xué)

無(wú)細(xì)胞酶促合成體系的構(gòu)建

酶催化聚焦于酶的設(shè)計(jì)與改造，以體外無(wú)細(xì)胞形式執(zhí)行生物合成，是合成生物學(xué)在體外反應(yīng)的一種表現(xiàn)形式。

相較于胞內(nèi)合成，生物體外催化能通過(guò)對(duì)多個(gè)酶在實(shí)際生產(chǎn)條件下的性能進(jìn)行工程化改造，多個(gè)酶同時(shí)參與級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)簡(jiǎn)化工藝流程，減少中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物的產(chǎn)生，避免了副產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞的毒害，提高收率與純度，同時(shí)節(jié)省了生產(chǎn)成本，尤其在合成一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且常用化合物時(shí)體外酶促體系優(yōu)勢(shì)更為明顯。

相較于復(fù)雜化學(xué)路線，體外酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)也往往頗具競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中使用的化學(xué)合成存在操作過(guò)程繁瑣、設(shè)備要求較高、工業(yè)排放量污染環(huán)境、產(chǎn)品純度低、副產(chǎn)物較多等痛點(diǎn)。相比之下，酶催化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加明顯，不僅避免了使用有毒催化劑，還能最大限度降低能耗，不需要投入過(guò)大的成本，在降低溶劑使用量的基礎(chǔ)上，保證最終產(chǎn)品純度更高。

對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的人工合成藥物，最早的原研路線通常為多步化學(xué)法，近年來(lái)，出于綠色環(huán)保、節(jié)約能源的角度，如何將原有的化學(xué)法轉(zhuǎn)化為體外酶催化級(jí)聯(lián)法也已成為一大新興研究領(lǐng)域。在Merck與Codexis利用9種酶成功構(gòu)建了HIV治療藥物Islatravir的體外多步酶法催化級(jí)聯(lián)體系，該路線總收率達(dá)到51%，所需步驟遠(yuǎn)少于之前報(bào)道的化學(xué)路線（12-18步）。酶法不但無(wú)需化學(xué)反應(yīng)中常用的保護(hù)基團(tuán)，同時(shí)還能提供對(duì)立體選擇性的精確控制，這可能是該酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)能夠縮短步驟并提高產(chǎn)率的主要原因。

無(wú)細(xì)胞酶促合成體系的構(gòu)建核心在于酶催化級(jí)聯(lián)反應(yīng)體系的構(gòu)建，有多種類型，目前最通用的分為以下四類：a)線性級(jí)聯(lián)反應(yīng); b)正交級(jí)聯(lián)反應(yīng); c)平行級(jí)聯(lián)反應(yīng); d)循環(huán)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。經(jīng)典的例子是重要手性藥物中間體——手性胺，采用的是線性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，同樣能夠完成輔酶（如NADH）的循環(huán)。實(shí)際的級(jí)聯(lián)反應(yīng)中，通常不會(huì)只應(yīng)用一種反應(yīng)類型，而是多類結(jié)合應(yīng)用，氧化還原酶、轉(zhuǎn)氨酶等則是其中最常應(yīng)用的酶類。

國(guó)內(nèi)有許多關(guān)于酶促合成并成功推向產(chǎn)業(yè)化的案例。來(lái)自華東理工大學(xué)的鄭高偉教授團(tuán)隊(duì)緊密圍繞“藥物手性砌塊的高效酶促合成”開(kāi)展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)解決酶應(yīng)用中天然酶與非天然底物不適配及酶與工業(yè)應(yīng)用環(huán)境不兼容關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。團(tuán)隊(duì)通過(guò)3年時(shí)間開(kāi)發(fā)了一條（R）-硫辛酸不對(duì)稱合成的綠色酶催化技術(shù)，使得產(chǎn)品合成步驟縮短一半，產(chǎn)品收率提高一倍以上，生產(chǎn)成本降低27%，三廢排放減少45%。

體外酶促合成體系雖然發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但仍然存在一些挑戰(zhàn)：一是輔酶循環(huán)的問(wèn)題，體外循環(huán)需要用到ATP、NADPH等價(jià)格昂貴的輔酶，除了成本問(wèn)題外，在構(gòu)建循環(huán)體系時(shí)需同時(shí)考慮輔酶循環(huán)體系。二是酶的穩(wěn)定性問(wèn)題，部分酶在體外的穩(wěn)定性較差，大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)存在困難。三是多酶協(xié)作的問(wèn)題，體外多酶的協(xié)作往往不如在體內(nèi)有序高效。四是酶的重復(fù)利用問(wèn)題，當(dāng)大規(guī)模反應(yīng)后，酶用量將成為不可忽視的成本。五是處理分離的問(wèn)題，有些反應(yīng)中，產(chǎn)物與酶一樣，高度溶解于水相，不易用結(jié)晶、鹽析等便捷的方法與酶有效分離，將面臨后續(xù)分離的巨大成本問(wèn)題。

化學(xué)-酶法的應(yīng)用

化學(xué)合成長(zhǎng)期以來(lái)一直用于制備復(fù)雜化合物，尤其是那些難以從天然來(lái)源獲得的化合物，可以通過(guò)新反應(yīng)、新試劑、新路線，合成毫克級(jí)至噸級(jí)的產(chǎn)品，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)�分成熟、完善。盡管化學(xué)合成存在污染等問(wèn)題，至今仍是不可替代的生產(chǎn)方式。

生物合成的出現(xiàn)解決了合成化學(xué)發(fā)展以來(lái)面臨的幾個(gè)問(wèn)題：1）能源問(wèn)題：化學(xué)合成原料來(lái)源屬于非再生資源，如石油等；2）工藝問(wèn)題：反應(yīng)步驟多，反應(yīng)條件嚴(yán)苛，提取困難等；3）環(huán)境污染問(wèn)題：合成化學(xué)有機(jī)溶劑大量使用引起環(huán)境污染，1948年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者Paul Hermann Müller是DDT分子的發(fā)現(xiàn)者和推廣者，而后DDT分子被證實(shí)引起了嚴(yán)重環(huán)境污染。

生物合成的應(yīng)用也不是一蹴而就，存在其應(yīng)用劣勢(shì)，現(xiàn)階段還無(wú)法完全替代合成化學(xué)。其中，生物合成相較于合成化學(xué)最主要的劣勢(shì)是生物系統(tǒng)本身的可控性及天然酶對(duì)非天然產(chǎn)品的適用性較差，其次生物催化工藝的開(kāi)發(fā)往往周期漫長(zhǎng)，投入巨大，嚴(yán)重限制了合成生物技術(shù)的推廣。

因此，未來(lái)的生產(chǎn)方式應(yīng)是酶催化和生物發(fā)酵融合于化學(xué)合成方法中，化學(xué)合成和生物合成兩大生產(chǎn)方式不存在零和博弈，而是共生成長(zhǎng)。目前已有大量通過(guò)化學(xué)-酶法制備醫(yī)藥中間體、天然產(chǎn)物的案例。

一碳化合物可被微生物利用并轉(zhuǎn)化為多種平臺(tái)化合物，生物制造路線雖有助于甲烷氣體減排，可拓寬生物制造原料來(lái)源。但亟需突破一碳化合物生物利用效率低、轉(zhuǎn)化途徑匱乏等難題，通過(guò)使用化學(xué)-酶法，建立高效的化學(xué)和生物級(jí)聯(lián)催化路線可克服這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)一碳?xì)怏w的高效耦合和集成利用。

化學(xué)-酶法開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的研究團(tuán)隊(duì)。中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員袁波，師從英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Nicholas. J. Turner教授，長(zhǎng)期專注于生物催化、酶工程、酶固定化以及功能性分子合成的研究。具體研究方向包括：生物催化的手性氧化還原反應(yīng)，利用半乳糖氧化酶等酶催化的手性拆分、去消旋化反應(yīng)進(jìn)行復(fù)雜分子的合成；軸手性化合物的生物催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，利用酶催化或級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行軸手性化合物的合成;納米雜合酶固定化體系創(chuàng)制與應(yīng)用，利用新型功能性納米材料進(jìn)行雜合體系創(chuàng)制與反應(yīng)擴(kuò)大化及其應(yīng)用研究。

袁波 研究員

中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所

化學(xué)-酶法實(shí)現(xiàn)了化學(xué)合成與生物合成有機(jī)結(jié)合，使用化學(xué)-酶法合成天然產(chǎn)物具有高化學(xué)選擇性、高立體選擇性、高產(chǎn)率、低毒性等優(yōu)勢(shì)，在合成路徑短的工藝中具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此將化學(xué)-酶法引入合成工業(yè)具有廣闊前景。

胞內(nèi)生產(chǎn)——細(xì)胞工廠

胞內(nèi)生產(chǎn)即搭建細(xì)胞工廠，通過(guò)對(duì)底盤細(xì)胞的改造、胞內(nèi)酶和代謝通路的改造和調(diào)控等，使微生物直接代謝終產(chǎn)物。微生物細(xì)胞工廠（microbial cell factories, MCFs）已被廣泛用于生產(chǎn)豐富多樣的化學(xué)品、食品、藥品和能源，是生物合成的核心環(huán)節(jié)。與體外酶催化生產(chǎn)方式不同的是，細(xì)胞工廠的最佳應(yīng)用場(chǎng)景是大宗品/超大宗品和天然產(chǎn)物的生產(chǎn)上。

細(xì)胞工廠的構(gòu)建

（1）底盤細(xì)胞構(gòu)建關(guān)鍵環(huán)節(jié)

細(xì)胞工廠的構(gòu)造是胞內(nèi)生產(chǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)，圍繞底盤細(xì)胞的選擇與改造、基因合成、基因組編輯、合成途徑設(shè)計(jì)等技術(shù)路線開(kāi)展。其中，主要的底盤細(xì)胞包括大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌、釀酒酵母、絲狀真菌以及非模式細(xì)菌、非傳統(tǒng)酵母等，構(gòu)建細(xì)胞工廠需在底盤細(xì)胞的基礎(chǔ)上應(yīng)用調(diào)控、進(jìn)化、高通量篩選等。

在細(xì)胞工廠的構(gòu)建中，涉及到的關(guān)鍵底層技術(shù)包括1）基因組編輯技術(shù)、2）多基因同時(shí)調(diào)控技術(shù)、3）基因動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)、4）高通量篩選技術(shù)、5）代謝調(diào)控機(jī)制。

（2）天然產(chǎn)物的生物合成

目前市場(chǎng)上超過(guò)40%的小分子藥物來(lái)源于天然產(chǎn)物及其類似物，雖然天然產(chǎn)物在人類已知化合物庫(kù)中的占比較小，發(fā)展成為藥物的比例卻很高，尤其是在抗感染和抗腫瘤藥物方面達(dá)到了50％，挖掘自然界中天然產(chǎn)物的價(jià)值，并以人工高效的方式制備天然產(chǎn)物，是學(xué)界和產(chǎn)業(yè)關(guān)注的兩大研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)以來(lái)，有機(jī)化學(xué)家們通過(guò)有機(jī)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)天然產(chǎn)物在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的全合成，但化學(xué)合成法的局限性在于難以適配于結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的分子，部分反應(yīng)化學(xué)試劑昂貴且反應(yīng)條件極其苛刻，整體合成效率較低。因此，通過(guò)構(gòu)建微生物細(xì)胞工廠生物合成天然產(chǎn)物的路線，成為業(yè)界關(guān)注點(diǎn)。

利用生物發(fā)酵法合成天然產(chǎn)物及其中間體在工業(yè)生產(chǎn)中已有許多案例，包括萜類化合物、生物堿等。重組微生物發(fā)酵生產(chǎn)莽草酸，該工藝替代復(fù)雜化學(xué)工藝與提取法，成為了當(dāng)前莽草酸生產(chǎn)的首選路線；青蒿素是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)被國(guó)際公認(rèn)的抗瘧首選天然藥物，其結(jié)構(gòu)為含過(guò)氧橋基團(tuán)結(jié)構(gòu)的倍半萜內(nèi)酯類化合物，目前通過(guò)細(xì)胞工廠方法生產(chǎn)青蒿素已初步達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平；通過(guò)將設(shè)計(jì)改造的紫杉二烯合成酶導(dǎo)入大腸桿菌中，通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)控獲得生產(chǎn)紫杉醇前體化合物，產(chǎn)量比舊路線提高了1萬(wàn)倍以上。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)李春教授長(zhǎng)期從事代謝工程與合成生物學(xué)、生物催化與酶工程的研究，聚焦甘草萜烯類和黃酮類天然產(chǎn)物的酶轉(zhuǎn)化與微生物合成，工業(yè)菌種智能抗逆分子設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用。已完成植物油脂酶法脫膠、甘草次酸的生物制造、多重耐熱酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇等技術(shù)的中試試驗(yàn)，研制的植物解鹽促生菌劑實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

李春 教授

清華大學(xué)化學(xué)工程系

目前，利用合成生物學(xué)手段實(shí)現(xiàn)實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)中的天然產(chǎn)物合成仍然存在著諸多挑戰(zhàn)。例如原核表達(dá)系統(tǒng)、細(xì)胞內(nèi)無(wú)高級(jí)細(xì)胞器、缺乏轉(zhuǎn)錄后修飾，而酵母作為真核表達(dá)系統(tǒng)必須人為地將內(nèi)含子從蛋白質(zhì)編碼序列中刪除。越來(lái)越多的生物技術(shù)，如構(gòu)建基因庫(kù)、蛋白質(zhì)工程、高通量篩選以及 CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)等的發(fā)明與應(yīng)用可解決上述難題。這些不斷完善的新生物合成工具正隨著具有重要藥用價(jià)值的生物次生代謝物的生產(chǎn)成本與資源協(xié)調(diào)等相關(guān)問(wèn)題的解決，逐步創(chuàng)造著更加可觀的未來(lái)。

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       原文標(biāo)題 : 應(yīng)用科學(xué)，讓合成生物學(xué)從基礎(chǔ)科學(xué)向產(chǎn)業(yè)實(shí)踐轉(zhuǎn)化