近日，大連化物所生物催化創(chuàng)新特區(qū)研究組（18T6組）周雍進(jìn)研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)表了題為“Advanced Strategies for Production of Natural Products in Yeast”的綜述文章。該文章深入討論了近年來(lái)合成生物學(xué)和代謝工程策略構(gòu)建酵母細(xì)胞催化劑，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜天然產(chǎn)物異源合成的研究進(jìn)展，并對(duì)存在的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。
臨床上使用的小分子藥物有50%直接或間接來(lái)源于天然產(chǎn)物。然而，當(dāng)一種活性天然產(chǎn)物有望成為臨床藥物或先導(dǎo)化合物時(shí)，其有限的生物資源往往成為大規(guī)模應(yīng)用的限速步驟。合成生物學(xué)和代謝工程的快速發(fā)展為稀缺天然產(chǎn)物的快速獲得提供了新思路。因生長(zhǎng)性能良好，酵母被廣泛應(yīng)用于合成天然產(chǎn)物分子和生物化學(xué)品。
該綜述提出了酵母細(xì)胞催化劑構(gòu)建的“三維”代謝工程策略，即點(diǎn)、線、面工程視角。點(diǎn)、線、面分別指工程模塊優(yōu)化、代謝途徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化和細(xì)胞魯棒性全局優(yōu)化。文章特別指出了輔因子作為代謝調(diào)控靶點(diǎn)的重要意義。輔因子除了參與呼吸鏈和氧化還原平衡外，其水平和狀態(tài)決定著生物酶或生物合成途徑效率。文章最后提出，構(gòu)建非傳統(tǒng)酵母細(xì)胞催化劑、發(fā)展新穎合成生物學(xué)技術(shù)以及結(jié)合人工智能，將能進(jìn)一步提升天然產(chǎn)物生物合成效率。
圖 三維代謝工程優(yōu)化酵母細(xì)胞催化劑
周雍進(jìn)研究團(tuán)隊(duì)致力于微生物特別是酵母細(xì)胞催化劑的構(gòu)建及優(yōu)化，曾構(gòu)建了釀酒酵母催化劑，高效合成了脂肪酸衍生物（Cell, 2018；ACS Syn. Bio., 2018）。近期，該研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合大連化物所潔凈能源布局，開(kāi)展甲醇生物轉(zhuǎn)化研究。他們通過(guò)構(gòu)建和優(yōu)化甲醇酵母催化劑，將甲醇高效轉(zhuǎn)化成生物燃料、生物化學(xué)品以及天然產(chǎn)物（Nat. Energy, 2018；FEMS Yeast Res., 2019）。
該綜述發(fā)表于iScience上，大連化物所博士后陳瑞兵與博士生楊珊為共同第一作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、興遼英才計(jì)劃以及大連化物所-青島能源所聯(lián)合科研創(chuàng)新基金資助。(文/圖 陳瑞兵)
