新華社天津11月26日電(記者周潤?。┙眨锌圃禾旖蚬I(yè)生物技術研究所研究員張大偉帶領的蛋白表達系統(tǒng)與微生物代謝研究團隊首次在大腸桿菌中成功實現(xiàn)了維生素B12的從頭合成。
維生素B12是一種含有金屬鈷的復雜有機分子,廣泛應用在藥品、飼料、食品和化妝品等領域。
微生物發(fā)酵是獲得維生素B12的現(xiàn)有方式,但這種方式發(fā)酵周期長、生產(chǎn)成本高,工業(yè)生產(chǎn)菌種遺傳改造困難,提高產(chǎn)量難度極大。利用合成生物學手段,從頭設計組裝維生素B12合成途徑、在異源細胞中實現(xiàn)生物合成,具有重大的科學與技術創(chuàng)新價值。
維生素B12結(jié)構(gòu)復雜、合成途徑長、關鍵基因缺失,在異源細胞中操縱數(shù)十個基因、實現(xiàn)人工生物合成途徑組裝面臨諸多挑戰(zhàn)。
張大偉告訴記者,研究人員首先解析了維生素B12好氧合成途徑中的合成機理,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種細菌中的28個基因在大腸桿菌細胞中成功組裝、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計人工途徑,最終實現(xiàn)了維生素B12的從頭合成。
“合成菌種發(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?!睆埓髠酚^地說。
中科院天津工業(yè)生物技術研究所助理研究員房歡是蛋白表達系統(tǒng)與微生物代謝研究團隊核心成員。他表示,這項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胞中有序的功能表達與調(diào)控,展示了模式菌株在異源復雜天然產(chǎn)物合成方面具有的巨大潛力,將啟發(fā)和鼓勵更多的復雜天然產(chǎn)物異源生物合成的研究。
據(jù)了解,該項研究得到天津市杰出青年科學基金和中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃等項目支持,相關研究成果已發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Nature Communications》上。
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