合成生物学中动态代谢途径调控策略的研究进展

随着合成生物学的发展,越来越多的天然高附加值化学品和大宗化学品可以通过在微生物底盘细胞中构建人工合成途径来进行生产。然而外源途径基因的不平衡表达以及有毒中间代谢产物的积累往往会影响宿主细胞的正常生长,这也是合成生物学研究中的一个共性难题。因此设计可控的基因表达系统,在特定时刻启动或者关闭人工合成途径,对于避免细胞生长和产物合成之间的相互干扰至关重要。重点介绍了最新的动态代谢调控策略及其在代谢途径调控中的应用,并对其发展趋势进行了展望。

群体感应在动态代谢调控中的研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是一种特殊的动态代谢调控机制,是细菌用于监控自身群体密度的环境信号感受系统。近年来,随着合成生物学的大力发展,基于稳定的菌群关系的人工合成菌群以及混菌共培养技术也取得了突破性的进展。群体感应系统因为可以实现细菌自主控制菌群关系的目的,而在菌群关系构建以及代谢工程中的研究和应用受到越来越多的关注。在对群体感应系统进行概述的基础上,对单菌基于群体感应的动态代谢调控进行了总结;同时也对群体感应的动态调控在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌之间以及混菌共培养过程中的研究进展进行综述,以期能对群体感应系统的其他应用提供一些建议和帮助。

合成生物学研究中的微生物启动子工程策略

合成生物学研究对于我国绿色生物制造产业和可持续发展战略至关重要。启动子是合成生物学核心元件,是在转录水平上实现基因高效、精准表达调控的最关键因素之一。本文重点对原核微生物启动子工程研究的基本内容、研究进展及发展趋势进行了综述。首先概述了启动子序列基本特征及其受RNA聚合酶σ因子识别调控的一般规律;并以大肠杆菌乳糖操纵子为例简要介绍了诱导型启动子的负调控与正调控诱导机制。其次,分别从对靶基因自身内源启动子进行突变改造以及采用高效外源启动子进行替换改造这两个方面入手,阐述了启动子改造的常用策略。进一步对近年来公开报道的不同类型诱导型启动子进行了梳理,小结了代表性化学分子诱导剂以及物理信号诱导方式的种类及基本特征。简述了非模式和模式微生物组成型启动子的研究进展及研究侧重点。结合动态代谢调控技术及人工智能工具的突破性发展,提出具有动态调控功能的特殊启动子的发现与改造、全新性能启动子元件的人工智能设计与改造等将成为启动子工程研究的新方向与新前沿。最后分析了启动子工程领域存在的挑战性问题,展望了今后的研究重点,并结合合成生物学的发展,进一步强调了微生物启动子工程的重要作用。