萜类化合物生物合成的关键酶改造和调控研究等系列学术报告

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? 讲座时间：2019-04-19 13:30-16:30

? 讲座地点： 闵行校区生物药学楼 3-405

? 主讲人：叶丽丹、霍毅欣 、周景文

? 主办单位：生命科学技术学院

? 联系人：赵心清



主讲人简介：

叶丽丹，博士，浙江大学化学工程与生物工程学院副教授，博士生导师。2004年在浙江大学获得理学学士学位，2006年在浙江大学获得理学硕士学位，2010年在德国耶拿大学获得生物学博士学位, 2010-2013年在新加坡国立大学和新加坡科技研究局从事博士后研究，2013年起在浙江大学工作。主要研究方向是微生物合成生物学，利用代谢工程和蛋白质工程等手段探讨微生物合成过程中的关键问题，已在Metabolic Engineering, Biotechnology and Bioengineering, ACS Synthetic Biology等生物工程领域国际知名刊物发表第一作者/通讯作者SCI论文20余篇。

霍毅欣，博士，北京理工大学生命学院教授，博士生导师。1999年在南开大学获得微生物学学士学位，2005年在北京大学和法国巴黎七大分别获得博士学位，2006至2011年在加州大学洛杉矶分校博士后，在企业工作4年后2015年起在北京理工大学任教。主要研究方向是代谢工程和合成生物学，已在Nature Biotechnology, Nature Communications, Current Opinion in Biotechnology, Nucleic Acids Research等国际知名刊物上发表第一作者/通讯作者SCI论文20余篇。主持及参与国家或省部级项目10余项，获批或申请发明专利8项。担任国际刊物Biotechnology notes的编辑，先后担任Nucleic Acids Research, Molecular Microbiology等国际知名学术期刊的审稿人。

周景文，博士，江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室教授，博士生导师。2003年和2006年分别获华中农业大学学士和硕士学位，2009年获江南大学博士学位。主要从事微生物代谢工程和合成生物学强化微生物合成植物天然产物相关研究。以通讯作者或第一作者在Microbiology and Molecular Biology Reviews, Biotechnology Advances, Green Chemistry, Metabolic Engineering, ACS Synthetic Biology等杂志发表SCI论文60余篇。相关工作实现了多项发酵产品的工业生产。曾先后获得国家技术发明奖二等奖、中国专利金奖、中国轻工业联合会技术发明奖一等奖等科研奖励。入选国家自然基金委员会优秀青年基金、教育部青年长江学者和江苏省特聘教授。

内容简介：

叶丽丹：“萜类化合物生物合成的关键酶改造和调控研究”


以可再生糖为原料，通过微生物代谢工程实现萜类物质的绿色可持续生产是当前生物化工领域的研究重点之一。但是目前大多数化学品的生物合成过程仍然存在着合成效率低、细胞代谢压力大等问题，极大地阻碍了微生物制造在更大范围上的应用。如何获得畅通高效的生物合成途径并兼顾细胞生长和产物合成是生物合成领域的共性难题。为此，我们结合代谢工程和蛋白质工程手段，针对“生物合成限速酶的分子改造”和“生物合成途径的平衡调控”等关键问题展开研究，取得以下成果：根据生物合成途径的特性，分别基于自身或者旁路途径终产物的颜色或者代谢中间产物的毒性建立新型高通量筛选策略，通过体内定向进化或共定向进化增强限速酶的催化活性，大幅提高了异戊二烯、类胡萝卜素等萜类化合物的生物合成效率；提出“变限制为控制”的生物合成途径构建理念，建立碳源响应型顺序调控和温度响应型动态代谢调控体系，实现了细胞生长与产物合成的双赢，显著提高了萜类化合物的产量。研究结果表明，关键酶的活性、表达水平及表达时机都是制约异源生物合成效率的重要因素，结合蛋白质工程和代谢工程手段对生物合成途径进行综合调控是一种行之有效的方法。这种整合关键酶分子改造与代谢调控用于生物合成优化的思想可以为其他代谢途径的改造提供有益的借鉴。

霍毅欣：“基于转录和翻译调控的高产菌株构建”


全球氨基酸市场呈现逐年增长的趋势，年均复合增长率维持在5.6%左右。2016年全球氨基酸年产量已达到800万吨，总销售额近百亿美元。微生物发酵方法因其产能高、成本低等优势，生产了全球总产量85%以上的氨基酸。然而，当前大多数氨基酸的发酵产量仍难以满足市场需求，某些种类的氨基酸甚至只能通过化学法生产，如何筛选、改造和获得氨基酸高产菌株是提高发酵产量的关键问题。本课题组通过生物感应器BmoR实现基于转录水平的筛选，通过提高蛋白翻译所需氨基酸浓度的“门槛值”实现翻译水平的筛选，从而利用必需基因和颜色蛋白编码基因，建立了基于转录和翻译调控的氨基酸或其衍生物的高产菌株的高效筛选策略。该策略可适用于大肠杆菌(Escherichia coli)和谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)等多种底盘宿主，解决了传统类似物筛选法存在的高毒性、低阳性率和适用对象有限的问题，理论上可用于任何一种天然氨基酸及其衍生物的高产菌株的筛选，同时也为氨基酸高产机制的发现提供了新思路，可用于氨基酸发酵生产中优良菌株的构建，进而推动氨基酸市场的增长，促进氨基酸在食品、医药、养殖业等民生领域的应用。


周景文：“发酵法生产黄酮木脂素类化合物”

黄酮木脂素类化合物是一类具有多种生理功能、结构较为复杂的植物天然产物。由于主要的黄酮木脂素类化合物在天然植物中的含量较低，目前主要采用的植物提取法，在价格和供应量方面均难以满足市场需求。采用合成生物学技术改造微生物高效合成黄酮木脂素类化合物，是较有前景的一种替代生产方法。为了实现黄酮木脂素类化合物在微生物中的高效异源合成，需要解决黄酮木脂素类化合物的原生合成代谢途径挖掘与鉴定、植物基因在微生物中的高活性表达、异源合成代谢途径与微生物自身代谢途径的平衡调控、黄酮木脂素类化合物异构体的选择性合成等一系列问题。针对上述问题，采用系统生物学技术获得了典型黄酮木脂素类化合物合成代谢及其调控机制、采用基于区域序列截短实现了关键基因的活性表达、采用模块化和转录调控策略实现了黄酮木脂素前体合成代谢途径的高效重构、特异性过氧化物酶和dirigent蛋白筛选实现了特异性异构体的选择性合成。基于上述研究，实现了采用微生物和酶催化相结合的方法，实现了水飞蓟宾等多种典型黄酮木脂素类化合物在微生物中的从头高效合成。