中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員張大偉帶領(lǐng)蛋白表達系統(tǒng)與微生物代謝團隊，成功在大腸桿菌中實現(xiàn)了維生素B12的從頭合成。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然—通訊》雜志。
維生素B12是一種含有金屬鈷的復(fù)雜有機分子，廣泛應(yīng)用在藥品、飼料、食品和化妝品等領(lǐng)域，需求逐年上升，市場缺口日益突出。微生物發(fā)酵是獲得維生素B12的現(xiàn)有方式，但發(fā)酵周期長、生產(chǎn)成本高，且工業(yè)生產(chǎn)菌種遺傳改造困難，提高產(chǎn)量難度極大。
利用合成生物學(xué)手段，從頭設(shè)計組裝維生素B12合成途徑、在異源細(xì)胞中實現(xiàn)生物合成，具有重大的科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新價值。但維生素B12結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成途徑長、關(guān)鍵基因缺失，在異源細(xì)胞中操縱數(shù)十個基因、實現(xiàn)人工生物合成途徑組裝面臨巨大挑戰(zhàn)。
此次研究人員首先解析了維生素B12好氧合成途徑中鈷螯合與腺苷鈷啉醇酰胺磷酸的合成機理，然后將維生素B12合成途徑劃分成5個模塊，采用“自下而上”的策略將來源于5種細(xì)菌的28個基因在大腸桿菌細(xì)胞中成功組裝、調(diào)控，解決了多基因的適配機制問題，形成集成不同來源基因組裝出的從頭設(shè)計人工途徑，最終實現(xiàn)了維生素B12的從頭合成。
據(jù)了解，合成菌種的發(fā)酵周期僅為目前工業(yè)生產(chǎn)菌株的1/10，有望成為新一代維生素B12工業(yè)菌株。
該研究不僅填補了維生素B12生物合成途徑的缺口，而且成功實現(xiàn)了幾十個基因在底盤細(xì)胞中有序的功能表達與調(diào)控，展示了模式菌株在異源復(fù)雜天然產(chǎn)物合成方面具有的巨大潛力，將為更多的復(fù)雜天然產(chǎn)物異源生物合成研究提供啟發(fā)。
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