新華社天津11月26日電(記者周潤(rùn)健)近日,,中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員張大偉帶領(lǐng)的蛋白表達(dá)系統(tǒng)與微生物代謝研究團(tuán)隊(duì)首次在大腸桿菌中成功實(shí)現(xiàn)了維生素B12的從頭合成。
維生素B12是一種含有金屬鈷的復(fù)雜有機(jī)分子,,廣泛應(yīng)用在藥品,、飼料、食品和化妝品等領(lǐng)域,。
微生物發(fā)酵是獲得維生素B12的現(xiàn)有方式,但這種方式發(fā)酵周期長(zhǎng),、生產(chǎn)成本高,,工業(yè)生產(chǎn)菌種遺傳改造困難,提高產(chǎn)量難度極大,。利用合成生物學(xué)手段,,從頭設(shè)計(jì)組裝維生素B12合成途徑、在異源細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)生物合成,,具有重大的科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新價(jià)值,。
維生素B12結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成途徑長(zhǎng),、關(guān)鍵基因缺失,,在異源細(xì)胞中操縱數(shù)十個(gè)基因、實(shí)現(xiàn)人工生物合成途徑組裝面臨諸多挑戰(zhàn),。
張大偉告訴記者,,研究人員首先解析了維生素B12好氧合成途徑中的合成機(jī)理,然后將維生素B12合成途徑劃分成5個(gè)模塊,,采用“自下而上”的策略將來(lái)源于5種細(xì)菌中的28個(gè)基因在大腸桿菌細(xì)胞中成功組裝,、調(diào)控,解決了多基因的適配機(jī)制問題,,形成集成不同來(lái)源基因組裝出的從頭設(shè)計(jì)人工途徑,,最終實(shí)現(xiàn)了維生素B12的從頭合成,。
“合成菌種發(fā)酵周期僅為目前工業(yè)生產(chǎn)菌株的1/10,有望成為新一代維生素B12工業(yè)菌株,?!睆埓髠酚^地說(shuō)。
中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所助理研究員房歡是蛋白表達(dá)系統(tǒng)與微生物代謝研究團(tuán)隊(duì)核心成員,。他表示,,這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了維生素B12生物合成途徑的缺口,而且成功實(shí)現(xiàn)了幾十個(gè)基因在底盤細(xì)胞中有序的功能表達(dá)與調(diào)控,,展示了模式菌株在異源復(fù)雜天然產(chǎn)物合成方面具有的巨大潛力,,將啟發(fā)和鼓勵(lì)更多的復(fù)雜天然產(chǎn)物異源生物合成的研究。
據(jù)了解,,該項(xiàng)研究得到天津市杰出青年科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃等項(xiàng)目支持,,相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Nature Communications》上。