CIBB 2024 | 分论坛四:天然产物微生物重组合成

文摘   2024-11-17 20:49   天津  



11月15日-18日,第十二届中国工业生物技术创新论坛暨生物制造产业大会在天津举行。本届大会以“合成生物,驱动生物制造”为主题,汇聚产学研各界嘉宾,围绕新形势下生物制造前沿创新与产业发展开展深入交流研讨,赋能新质生产力,为推动我国合成生物学和生物制造产业高质量发展启迪新思想、注入新活力、蓄积新动能。





分论坛四:天然产物微生物重组合成

天然产物微生物重组合成是生物产业的重大方向。本论坛聚焦药用天然产物生物合成技术,介绍植物源、微生物源等天然产物高效合成的最新进展,为天然产物发现及生物制造提供新理论、新方法、新策略。


药用托品烷生物碱生物合成与代谢工程

廖志华  

西南大学生命科学学院教授


莨菪碱和东莨菪碱属于药用托品烷生物碱(Tropane Alkaloids,TAs),是抗胆碱基本药物。TAs生物合成曾被认为是一百年来还没有解决的问题。我们率先鉴定了鸟氨酸脱羧酶(ODC)、苯丙酮酸还原酶(PPAR)、苯乳酸-UDP-糖基转移酶(UGT1)、海螺碱合成酶(LS)和莨菪碱脱氢酶(HDH)。上述5个TAs生物合成基因的发现,使得从氨基酸前体到东莨菪碱的TAs生物合成途径得以完整解析。此外,开展了假托品衍生TAs的研究,发现了3β-剔格酰托品合成酶,并在大肠杆菌实现了高效合成。在解析TAs生物合成途径基础上,利用高质量颠茄和曼陀罗基因组,发现基因丢失是导致TAs在茄科植物中分布不平衡的主要原因。我们利用自主发现的基因,开展了TAs代谢工程研究并培育出TAs高产且抗除草剂的颠茄纯系。


植物生物碱的酵母重组合成

连佳长  

浙江大学化学工程与生物工程学院研究员


生物碱是存在于自然界(主要为植物)中的一类含氮的碱性有机化合物,包括吗啡、长春碱、喜树碱等,具有复杂的环状结构和显著的生物活性,是中草药中最重要的有效成分之一。由于植物体内含量低,植物提取法难以满足日趋增长的市场需求;由于结构复杂,化学合成法很难实现大规模合成。近年来,合成生物学的快速发展为生物碱的微生物重组合成提供了新的契机。鉴于生物碱合成途径的复杂性,重点介绍了课题组最近几年在合成生物学以及基因组编辑技术方面的进展,以解决长春碱、血根碱等生物碱合成途径在酵母底盘细胞中组装难度大、遗传稳定性差以及合成效率低等问题,为建立生物碱等复杂植物天然产物的绿色生物制造生产模式奠定基础。


发酵食品风味物质的生物合成

张翠英  

天津科技大学生物工程学院教授


传统发酵食品种类很多,全国各地均有不同特色的发酵食品,包括酒类、调味品、面食制品、蔬菜制品、肉制品、水产品、奶制品、茶类等。传统发酵食品具有独特的风味,目前在典型的传统发酵食品白酒中已发现3000多种微量风味成分。这些微量风味成分决定了传统发酵食品的口感和品质,微量风味物质的种类、含量和比例的深入系统研究是阐释传统发酵食品风味特色的重要内容。微量风味物质主要是在发酵过程中微生物代谢产生的。风味物质微生物代谢机制的解析为传统发酵食品品质稳定和提升提供重要理论依据。构建微生物细胞工厂,通过引入异源风味物质合成途径并改造内源代谢途径,有望实现天然风味物质的高效合成。


萜类生物合成途径解析与异源高效合成

戴住波  

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


萜类及其衍生物广泛应用于药品、化妆品和食品等领域,例如青蒿素、人参/三七皂苷、玫瑰精油、罗汉果甜味剂等。利用合成生物学技术创建“细胞工厂”进行萜类化合物的发酵法生产被认为是一种非常有潜力的新型资源供给模式。本报告介绍了研究团队在萜类化合物生物合成途径解析平台创建与应用(适用于萜类环合酶、P450酶和糖基转移酶等)、功能基因模块化与适配应用、细胞区室工程、产业级细胞工厂的实现等方面的主要研究进展。


庚糖类活性分子的发现与开发

陈义华  

中国科学院微生物研究所研究员


本报告从细菌中庚糖杀菌素的生物合成机制出发,介绍对庚糖杀菌素类药物的开发进展,包括通过在大肠杆菌中重构来高效生产庚糖类药物的中间体,以及随后的庚糖类活性分子库的构建和评价。还介绍了广泛分布于细菌、古菌、真核生物甚至病毒中的NDP-甘露庚糖合成酶。其不仅可以合成ADP-甘露庚糖,还能够合成两种新型的NDP-甘露庚糖——CDP-和UDP-甘露庚糖。NDP-甘露庚糖能够作为免疫激动剂,激活受体ALPK1依赖的天然免疫。相关工作拓展了NDP-甘露庚糖分布的广泛性和种类的多样性,为进一步开发庚糖类活性分子奠定了基础。


重构细胞碳代谢网络

刘 波  

微元合成生物技术(北京)有限公司创始人、首席执行官


生物制造最重要一环是控制原料成本,原料转化率是合成生物技术从实验室到产业化的关键指标。
本报告重点论述团队在有氧发酵条件下的减碳底盘研究中取得的进展,通过设计重构一种全新的具有不完整三羧酸循环(TCA)的底盘细胞,最大化平衡细胞生物量生长和产物转化,使有氧发酵的碳损失降到最低,从而降低了原料成本,为微生物发酵减碳提供了新的思路。


创建植物源芳香族化合物微生物细胞工厂

刘 涛  

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


植物源芳香族化合物具有多种生物功能,是很多中药的主要活性成分。例如,红景天苷和络塞维为玫瑰红景天的关键活性成分,具有抗疲劳、抗抑郁、抗缺氧及保护心脑血管等功效。毛蕊花糖苷是苯乙醇苷类天然产物的明星分子,是肉苁蓉和地黄等多种药用植物的重要活性成分。毛蕊花糖苷具有抗氧化、抗炎症反应、免疫调节、抗肿瘤以及伤口愈合等多种生理功能。目前这些化合物主要依赖于植物提取。玫瑰红景天中络塞维含量很低,且由于过度开采已被列为濒危植物。肉苁蓉等植物生长周期长,受环境等因素影响,毛蕊花糖苷在植物中的含量相对较低。利用合成生物学技术实现络塞维和毛蕊花糖苷等中药活性成分微生物合成,将有望突破资源限制,降低生产成本,实现可持续发展。报告重点介绍了毛蕊花糖苷、络塞维等复杂芳香族化合物的生物合成途径解析和细胞工厂的创建。

BIOINN生物制造众创空间
生物技术专业化众创空间(简称BIOINN“Biotechnology Innovation\x26quot;)是依托于中科院天津工业生物所“技术创新”和“平台创新”而建设的创新创业孵化平台,由天津所全资资产管理公司中科育成(天津)科技发展有限公司建设并运营
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