合成生物学底盘微生物细胞的应用及其生物安全在创新型本科生培养中的实践

本科生创新能力培养是“双一流”建设人才培养的重要组成部分。合成生物学是一门新兴多学科交叉领域,被誉为可改变世界的十大新技术领域之一。构建高版本底盘微生物细胞和利用底盘细胞人工合成细胞工厂是合成生物学的重要组成部分。以实现创新型本科生为培养目标,我们将合成生物学底盘微生物细胞技术融入人才培养环节,通过组织学生参加国际遗传工程机器设计竞赛、主持大学生创新创业训练项目以及完成本科生毕业设计课题等多元化途径,提高学生理论联系实际及创新实践能力。同时,由于底盘微生物细胞是基因组经过精简、优化或其基因通路被改变的细胞,其应用存在一定的生物安全风险。我们通过将安全教育纳入培养大纲和教学计划、出版实验室安全与操作规范专业教材、开发虚拟仿真实验项目、建立实验室准入制度和信息化管理体系,以及针对底盘微生物细胞从购买、管理、规范使用和废弃物处理等进行生物安全教育等系列举措,规范底盘微生物细胞应用的生物安全。这些实践为培养创新型本科生提供了一个强有力的途径和有效保障,也为合成生物学的发展提供了支持,并有助于培养新的生力军。

CRISPR/Cas9技术在工业微生物中的应用

近年来,通过基因编辑技术对工业微生物底盘细胞改造从而获得的优良细胞工厂,促进了农业、医学、环境、能源等领域的可持续发展,提高了人民的生活水平。微生物底盘细胞的改造离不开基因编辑,作为现阶段主要的基因编辑技术,规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/Cas9系统自被发现以来,依靠其低成本、高效率等编辑优点,被广泛用于工业微生物底盘细胞的改造。本文主要简述了以CRISPR/Cas9为基础而衍伸出的各种基因编辑技术,提出了常用的工业微生物对应底盘细胞的改造策略,以期为研究者在进行微生物底盘细胞改造时选择出合适的基因编辑方法。最后指出了CRISPR基因编辑技术面临的PAM位点的依赖性、脱靶效应和应用广泛性等问题。

姜黄素类化合物生物合成研究进展

姜黄素类化合物是植物中一类稀少的二酮类化合物,存在于姜科、天南星科植物的块根或根茎中,是姜黄等植物中主要活性成分,因具有抗氧化、抗癌等诸多药理活性而被广泛应用于食品领域和新药研发中。因其苯环侧链取代基不同,姜黄素类化合物可进一步分为姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素等。目前,姜黄素类化合物主要是通过植物提取法获得,产量远远不能满足市场需求。随着合成生物学和代谢工程技术的发展,采用生物合成法生产姜黄素类化合物开始受到研究人员的广泛关注。近年来,研究人员通过基因挖掘及酶学手段鉴定了姜黄中姜黄素合成途径中的关键酶,并在大肠杆菌Escherichia coli、耶氏解酯酵母Yarrowia lipolytica、恶臭假单胞菌Pseudomonas putida和米曲霉Aspergillus oryzae中重塑其生物合成途径,成功实现了其异源生物合成。文中首先介绍了姜黄素的生物活性及其应用、总结了姜黄中的姜黄素合成途径,并且讨论了姜黄素合成酶的催化机制,进而详尽综述了其生物合成的最新研究进展,特别是代谢工程策略方面,并对其未来发展方向进行了展望。