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李健課題組利用無細胞合成生物學在復雜天然產物全合成方面取得進展

時間:2020-04-03瀏覽:113設置

近日,我校物質學院李健課題組在復雜天然產物體外生物全合成工作中取得了重要進展,首次利用無細胞合成生物學(Cell-free synthetic biology)實現了非核糖體多肽類抗生素纈氨霉素(Valinomycin)的體外生物全合成。相關成果以“Total in vitro biosynthesis of the nonribosomal macrolactone peptide valinomycin”為題,在合成生物學和代謝工程領域的國際知名學術期刊Metabolic Engineering上在線發表。

自然界生物體(如微生物和植物等)中存在非常豐富的天然產物,它們是臨床藥物比如抗生素藥物的重要來源。近年來彩天地app,超級耐藥致病菌等的出現對人類健康產生了很大威脅彩天地app,因此彩天地app,從自然資源中發現和開發新的天然產物,用于治療人類疾病具有十分重要的意義。傳統的方法主要是從天然宿主(如植物)中直接提取天然產物,或者利用發酵的方法培養微生物宿主進行生產,但是這些方法的生產周期長彩天地app、產量偏低、純化困難。另外,由于大部分天然產物結構復雜,化學合成也極為困難彩天地app。為此,李健課題組提出利用無細胞合成生物學策略來實現復雜天然產物的生物合成。

為了實現上述目標彩天地app,研究人員選取具有抗菌、抗病毒和抗癌等活性的非核糖體多肽類抗生素纈氨霉素作為研究對象,利用無細胞蛋白合成和無細胞代謝工程等技術手段,實現了纈氨霉素合成基因簇(>19 kb)的體外活性表達(這是目前已報道的能夠在無細胞體系中表達出的最長基因簇),并成功檢測到終產物纈氨霉素彩天地app。通過系統的優化策略,纈氨霉素的最大產量達到了30 mg/L 左右彩天地app,這一產量也顯著高于已報道的自然和異源宿主的產量彩天地app。鑒于無細胞體系反應條件可控、反應速率快、產物產量高彩天地app、無細胞毒害作用等優勢彩天地app,無細胞合成生物學將為天然產物藥物的發現及合成提供了新途徑彩天地app。該方法具有高通量的特點,也將大大簡化對未知(新)天然產物合成基因簇的研究和鑒定過程。

該論文的研究工作全部在上??萍即髮W完成彩天地app,學校2019屆本科畢業生校長獎獲得者莊蕾和2018級碩士研究生黃曙惠為論文共同第一作者彩天地app,李健為通訊作者,上科大為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、上海市“浦江人才計劃”以及上科大科研啟動基金等項目的支持彩天地app彩天地app。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717620300641

圖1:(A、B) 纈氨霉素生物合成酶催化合成纈氨霉素;(C) 無細胞生物合成纈氨霉素策略。

圖2:系統優化提高纈氨霉素的無細胞生物合成產量


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