行業(yè)動(dòng)態(tài) | 光合作用碳同化的合成生物學(xué)研究進(jìn)展；「天麻素」生物合成的全球首個(gè)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)
行業(yè)動(dòng)態(tài)資訊匯總：
1.光合作用碳同化的合成生物學(xué)研究進(jìn)展；
2.微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)展望；
3.Neobe Therapeutics利用合成生物學(xué)來(lái)改造細(xì)菌；
4.「天麻素」生物合成的全球首個(gè)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。
一、光合作用碳同化的研究進(jìn)展
隨著人口增多及耕地面積的減少，人類對(duì)糧食的需求日益增加，因此保障足夠的糧食供給尤為重要。光合作用通過(guò)光反應(yīng)和碳同化把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)換成有機(jī)物，是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。90%以上的植物干物質(zhì)來(lái)源于光合作用固碳反應(yīng)，光合作用同化的有機(jī)物是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此提高作物光能利用效率是提高作物產(chǎn)量的重要途徑。近年來(lái)，合成生物學(xué)在能源、材料、健康和環(huán)境等多領(lǐng)域的快速發(fā)展，為提高植物光合效率提供了新的機(jī)遇。
利用合成生物學(xué)對(duì)光合作用碳同化進(jìn)行改造，不僅可以提升作物碳同化效率和生物量，而且還能降低大氣中的二氧化碳濃度，減少溫室效應(yīng)。未來(lái)合成生物學(xué)可以在以下方面進(jìn)行改進(jìn)，以期提高作物的產(chǎn)量：①尋找高羧化活性的Rubisco酶及高效的C4物種的Rubisco酶；探究Rubisco在葉綠體中的成功折疊、組裝到功能維護(hù)等多個(gè)復(fù)雜的分子過(guò)程，為在作物中高羧化活性Rubisco酶的功能性表達(dá)提供基礎(chǔ)。②探究C4作物中CCM形成的機(jī)制及藍(lán)藻羧酶體多種蛋白質(zhì)的協(xié)同表達(dá)，為在C3作物中引入CCM創(chuàng)造條件。③尋找新的光呼吸替代支路，減少光呼吸代謝產(chǎn)物的生成，提升支路釋放出的二氧化碳利用率。④尋找非依賴于卡爾文循環(huán)二氧化碳同化新途徑。
通過(guò)合成生物學(xué)方法設(shè)計(jì)并重構(gòu)高光效回路，建立新型高效人工植物光合新體系具有非常大的市場(chǎng)前景，對(duì)于推動(dòng)農(nóng)業(yè)以及食品加工業(yè)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
提高光合作用碳同化效率總思路
文章來(lái)源：盛陽(yáng)陽(yáng), 徐秀美, 張巧紅, 張立新. 光合作用碳同化的合成生物學(xué)研究進(jìn)展[J]. 合成生物學(xué), 2022, 3(5): 870-883
二、微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)
氣候變化是當(dāng)今人類面臨的重大挑戰(zhàn)，應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)成為全球共識(shí)。而氣候變化的潛在重要原因之一是碳的過(guò)量排放，其會(huì)導(dǎo)致地球氣候變暖、溫室效應(yīng)以及出現(xiàn)極端惡劣天氣。在全面推動(dòng)“碳達(dá)峰、碳中和”任務(wù)實(shí)施的大背景下，發(fā)展二氧化碳的高效資源化利用技術(shù)可同時(shí)緩解迫切的環(huán)境和能源壓力，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。
微藻是一類具有單細(xì)胞或簡(jiǎn)單多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的原核或真核生物，原核微藻主要指藍(lán)藻（藍(lán)藻科），真核微藻主要包括綠藻（綠藻科）和硅藻（硅藻科）。微藻是研究光合作用機(jī)制的重要模式體系，也是極具潛力的新型微生物光合平臺(tái)。
微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)因其具有利用太陽(yáng)能直接將二氧化碳轉(zhuǎn)化為重要生物基產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛關(guān)注。得益于合成生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)微藻天然光合代謝網(wǎng)絡(luò)重塑的深度和廣度都在不斷加強(qiáng)，越來(lái)越多的生物燃料和生物基化學(xué)品的微藻光驅(qū)固碳合成路線都已成功打通。在代謝與合成之外，合成生物學(xué)技術(shù)手段還使得改變微藻細(xì)胞生理和代謝行為的時(shí)空限定成為可能，有望實(shí)現(xiàn)特定時(shí)間、特定環(huán)境、特定信號(hào)響應(yīng)性的微藻放氧、固碳、產(chǎn)電等設(shè)定活動(dòng)，從而推動(dòng)微藻生物技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)、生物光伏、航空航天技術(shù)等全新場(chǎng)景和技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合。隨著微藻生物技術(shù)應(yīng)用深度和廣度的全面拓展，微藻的遺傳、生理和代謝特性還需要針對(duì)工程放大和靶向應(yīng)用過(guò)程中特定的體系、條件和環(huán)境進(jìn)行適配性的設(shè)計(jì)、改造和優(yōu)化。
微藻合成生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展無(wú)疑正成為該領(lǐng)域的全新發(fā)展動(dòng)力，隨著越來(lái)越多高效、穩(wěn)定、安全的人工合成微藻光合細(xì)胞工廠的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)的發(fā)展將獲得更多的助力，相關(guān)產(chǎn)業(yè)落地應(yīng)用也必將不再遙遠(yuǎn)。
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微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)的開(kāi)發(fā)模式
文章來(lái)源：崔金玉, 張愛(ài)娣, 欒國(guó)棟, 呂雪峰. 微藻光驅(qū)固碳合成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)展望[J]. 合成生物學(xué), 2022, 3(5): 884-900
三、利用合成生物學(xué)來(lái)改造細(xì)菌一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們一直在研究細(xì)菌的抗癌潛力，一些公司也正在開(kāi)發(fā)針對(duì)腫瘤的細(xì)菌產(chǎn)品，但是大多數(shù)公司傾向于使用細(xì)菌直接靶向癌細(xì)胞或引發(fā)腫瘤內(nèi)的免疫反應(yīng)。
Neobe 在免疫腫瘤學(xué)和細(xì)菌工程方面的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上，正在開(kāi)發(fā)一個(gè)可編程微生物治療工程平臺(tái)，對(duì)細(xì)菌進(jìn)行基因改造使其產(chǎn)生一種可以破壞腫瘤保護(hù)壁的酶，這種細(xì)菌定植于腫瘤微環(huán)境，像特洛伊木馬一樣使免疫細(xì)胞能夠穿透這些免疫排除的腫瘤。
與當(dāng)前的 CAR-T 療法等癌細(xì)胞療法不同，細(xì)菌療法的制造過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。細(xì)菌的生長(zhǎng)容易且成本低廉，這使得制造過(guò)程很容易實(shí)現(xiàn)。盡管如此，構(gòu)建這種新型療法的挑戰(zhàn)之一是防止細(xì)菌在被注入血液時(shí)引發(fā)免疫反應(yīng)。Neobe 選擇了不易受到免疫系統(tǒng)攻擊的細(xì)菌菌株，并將確保細(xì)菌只能在腫瘤部位存活。
文章來(lái)源：
https://www.neobetherapeutics.com/
https://www.labiotech.eu/
四、「天麻素」生物合成的全球首個(gè)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)
在我國(guó)，天麻已經(jīng)有著超過(guò)2000年的藥用歷史，是治療眩暈、頭痛的常用中藥，在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)文化中有著豐富的使用歷史。而天麻素，便是天麻當(dāng)中的主要活性成分，是一種天然存在于天麻的藥用化合物。
目前，天麻素主要來(lái)源于化學(xué)合成和植物提取，此外，其還可以通過(guò)曼陀羅花細(xì)胞培養(yǎng)物轉(zhuǎn)化4 - 羥基苯甲醛來(lái)生產(chǎn)。Double Rainbow開(kāi)發(fā)了用于生產(chǎn)天麻素的變革性生物技術(shù)和商業(yè)規(guī)模發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)了世界首例商業(yè)規(guī)模的天麻素生物合成生產(chǎn)。
依托HARMONY和PRISM兩大技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)合成生物學(xué)發(fā)酵生產(chǎn)天麻素，這將使得人們能夠可持續(xù)地獲取這種重要的藥用天然化合物，從而避免了植物提取或化學(xué)合成方法對(duì)于環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。分子生物合成平臺(tái)HARMONY解碼有價(jià)值的生物活性化合物的生物合成途徑，并通過(guò)合成生物學(xué)可持續(xù)地重建它們——在生物工程細(xì)胞工廠中重建自然合成途徑，以提供有價(jià)值的分子，并通過(guò)修飾使生產(chǎn)更加高效。
酶修飾平臺(tái)PRISM以開(kāi)發(fā)糖基化藥物為重心。利用前所未有的酶庫(kù)將天然或合成藥物與功能性糖化過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，以對(duì)新的、現(xiàn)有的或以前廢棄的藥物化合物進(jìn)行修飾改造，進(jìn)一步挖掘藥物分子的特異性和療效。
天麻素在制藥和消費(fèi)者健康行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，通常被用以治療神經(jīng)衰弱、頭痛和偏頭痛等疾病，再加上天麻素還擁有改善認(rèn)知、記憶等功效，因此其還在其他一些國(guó)家被用作膳食補(bǔ)充劑來(lái)進(jìn)行銷售。天麻素在合成生物學(xué)上研究其實(shí)已經(jīng)有著成功案例，而這，或許可以為我們提供更廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)前景會(huì)更廣闊。
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天麻（來(lái)源：BIGLOBE）
文章來(lái)源：
https://www.doublerainbowbio.com/news/articles/2021-a-year-in-review
