合成生物學(xué)提高了微生物工廠的效率
研究人員開發(fā)了一種合成生物學(xué)系統(tǒng)，用于在微生物中構(gòu)建新的代謝途徑和酶，使微生物能夠變成“細(xì)胞工廠”來生產(chǎn)藥物原料。新設(shè)計的細(xì)節(jié)發(fā)表在Nature Communications上。
該研究由神戶大學(xué)的研究人員進(jìn)行，作為新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織(NEDO)項目的一部分。該特定NEDO項目的目標(biāo)是實現(xiàn)微生物中目標(biāo)材料的大規(guī)模生產(chǎn)。
該團(tuán)隊選擇生物堿生產(chǎn)作為優(yōu)化目標(biāo)，因為生物堿是制藥生產(chǎn)中的關(guān)鍵中間體。以前，在微生物中已經(jīng)實現(xiàn)了生物堿衍生的止痛藥的合成，但是中間酶單胺氧化酶(MAO)的低靶特異性已經(jīng)成為有效生產(chǎn)的障礙。
為了克服這個問題，研究人員設(shè)計了一個軟件程序來識別可以繞過MAO的新酶。這表明在家蠶中存在一種稱為3,4-二羥基苯乙醛合成酶(DHPAAS)的酶，可用作MAO的替代品。接下來，科學(xué)家們確定了DHPAAS酶活性中涉及的關(guān)鍵氨基酸，并根據(jù)這些信息創(chuàng)建了一種人工形式的DHPAAS，從而改善了關(guān)鍵生物堿THP的產(chǎn)生。
這組作者說，這些結(jié)果證明了結(jié)合生物技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)方法的能力，使細(xì)胞工廠能夠快速發(fā)展，制造出有價值的材料。除藥品外，這種方法也可用于生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品，生物化學(xué)品和生物燃料。將新設(shè)計的代謝途徑和工程酶引入大腸桿菌中。通過該系統(tǒng)，他們能夠平衡多巴胺和DHPAA的關(guān)鍵中間體，通過重新設(shè)計的“智能細(xì)胞”改善生物堿的產(chǎn)生。對超過100種代謝物進(jìn)行質(zhì)譜分析，使團(tuán)隊能夠識別瓶頸反應(yīng)和副產(chǎn)物形成副反應(yīng)。該信息被納入以進(jìn)一步改善下游生產(chǎn)。
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