合成生物学领域生物智造研究获进展

近来，我国科学院深圳先进技术研讨院组成所组成基因组中心副研讨员戴卓君与杜克大学生物医学工程系教授游凌冲协作，经过结合工程细菌与智能资料完成生物智造。相关成果近来已宣布在《天然-化学生物学（Nature Chemical Biology）》上。戴卓君为榜首作者，游凌冲为通讯作者。

现阶段的蛋白出产工艺依赖于完善且贵重的基础建设及精细设备。以大肠杆菌作为形式生物为例：细菌首先在发酵罐内发酵，之后经过收成和破碎，开释细菌内部表达的蛋白；得到的混合物经过大型离心机离心或许过滤办法别离上清和细胞碎片，上清在搜集之后进行进一步的纯化。尽管现代的蛋白出产已具有老练的工艺流程，可是其出产形式严峻缺少机动性与灵活性：一方面，现有的工艺流程，尤其是下流处理的每一步都需求杰出的基础建设及大型的精细仪器设备，难以满意落后偏远地区、紧急状况（灾祸、交通链断裂等）以及战地状况的蛋白试剂需求。另一方面，精准医疗的迅猛发展提出针对患者个别的小剂量、定制化、快速高效的蛋白出产。这些要求都对传统蛋白出产的形式提出了巨大应战。

根据现有的问题，研讨团队提出了一个全新的规划：经过树立工程细菌与智能资料的双向呼应，完成集成（integrated）的蛋白表达、开释、别离与运送。规划思路如视频所示，经过使用智能微胶囊包裹植入基因线路的大肠杆菌（MSB, Microbial Swarmbot），一方面，细菌在胶囊中成长到达必定密度后，感知到胶囊的物理空间约束然后自主裂解，开释出体内表达的蛋白（来自工程细菌的针对资料的呼应）；另一方面，细菌的成长改变了环境的pH、离子强度等，促进智能微胶囊完成从溶涨到缩短的转化（来自智能胶囊的针对细菌的呼应）。胶囊尺度的改变带来的挤出效应将细菌开释出的方针蛋白高效地从胶囊内部输送到外部，而胶囊的三维网络交联结构约束了活细菌的运动，有效地起到别离作用。体系经过培育基的置换重置到开端状况，此刻胶囊康复溶涨，细菌从低密度开端成长，然后完成继续的蛋白出产。

为进一步展现MSB渠道优势以及潜在的使用场景，研讨人员测验在渠道下流接入多种不同使用。包含使用微流控体系展现蛋白（β-内酰胺酶）的表征；在下流接入不同的纯化模块，完成单种或多种蛋白（包含多种药物制剂蛋白）的一体式纯化；检测两种蛋白的偶联反响（使用FRET效应）；经过物理阻隔的菌群分工协作得到更高功用的酶产品，以及重构体外的脂肪酸组成通路组成脂肪酸等。该研讨的试验数据标明MSB可继续作业约7天；在适宜的保存条件下，MSB可保存适当长的时刻不影响其作用；只需求参加培育基，重悬MSB，培育，就可以直接经过下流接入纯化模块得到纯化后的蛋白试剂。

该作业选用一种全新的思路，集成蛋白表达下流处理中的关键步骤，对处理蛋白出产中灵活性与机动性具有重要意义。与无细胞体系比较，该规划引入了更高出产功率的工程细菌并增加了产品的别离功用；与排泄性表达比较，该体系不约束于那些可被排泄表达的蛋白，极大地增加了渠道的普适性。

视频：结合组成生物学与资料工程完成蛋白表达、开释、别离与运送的一体化。工程细菌与智能资料的双向呼应完成生物智造：工程细菌在胶囊中成长到达必定密度后，感知到胶囊的物理空间约束（集体感应）然后自主裂解，开释出体内表达的蛋白；细菌的成长改变了环境的pH、离子强度等，促进智能微胶囊完成从溶涨到缩短的转化，挤出开释的方针蛋白。体系经过培育基的置换重置到开端状况。

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