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合成通路的理性重构指导微生物药物高效合成

来源:admin  浏览量:  更新时间:2017-01-04 16:23:17

12月21日,代谢工程领域国际旗舰期刊《Metabolic Engineering》在线发表了我院刘天罡教授课题组最新综述论文Rational synthetic pathway refactoring of natural products biosynthesis in actinobacteria针对目前放线菌合成通路重构的难点问题进行了系统的讨论,提出了应对策略。

放线菌作为最主要的抗生素生产者有不可替代的地位和优势,目前广泛使用约三分之一的抗生素药物如阿维菌素、红霉素、FK506等均通过放线菌大规模工业发酵来获得。随着雾霾等环境污染问题的日益加重,几乎所有的抗生素发酵生产企业都面临如何提高得率和底物转化率、如何能耗和减少废弃物排放的问题。刘天罡教授课题组基于在相关研究领域的长期积累,就上述问题策略性地提出了几种解决方案。一方面,通过体外重建及系统的稳态动力学分析帮助快速获取目标代谢途径中各个组件的贡献或最佳比例,进而指导改造工作,称之为定向合成代谢。利用该策略已经实现了多种重要化合物如脂肪酸酯、脂肪醇的高产,并同样适用于指导放线菌中合成通路的重构。另一方面,利用PacBio三代测序平台及高分辨质谱等组学分析平台完成转录组、蛋白组和代谢组学分析,同时通过多组学联用的分析方法,真实而且直观地反映细胞内的代谢状态,帮助指导和快速定位天然产物合成途径网络中的关键瓶颈,最后利用各种元件(如各种启动子和RBS库、高效合成模块和调控模块)实现代谢节点的精准改造和重构。通过理性且系统的合成通路重构,将有利于代谢通路合成效率的提高并最终帮助实现目标天然产物得率和底物转化率的提高。

更值得一提的是,随着微生物基因组时代的来临,如何从微生物菌株资源的基因组大数据中挖掘得到并最终获得新颖结构和活性的化合物也是目前研究热点。该论文提出的代谢通路重构的策略同样适用于天然产物挖掘及后续的高效合成,其提出的代谢通路重构的理念将为我国微生物药物产业的升级提供理论指导。

目前,刘天罡教授课题组致力于利用代谢工程的技术手段解决微生物药物、重要天然产物高效合成的问题,已在本学科领域发表了多篇高水平研究论文,并与相关企业合作将有关成果应用于指导实际生产。

(论文链接http://dx.doi.org/10.1016/j.ymben.2016.12.006