北理工在生物傳感器的改造方面取得重要研究成果
發(fā)布日期：2022-02-25 供稿：生命學(xué)院 攝影：生命學(xué)院
編輯：肖雯 審核：周連景 閱讀次數(shù)：近日,，北京理工大學(xué)生命學(xué)院霍毅欣課題組在高級(jí)醇生物傳感器的改造及應(yīng)用方面取得重要研究成果,，并發(fā)表于生化研究方法類1區(qū)Top期刊《ACS Synthetic Biology》?！禔CS Synthetic Biology》論文的第一作者為博士生毋彤及副研究員陳振婭,，通訊作者為霍毅欣教授,。
高級(jí)醇如正丁醇、異丁醇或異戊醇均具有高能量密度和低吸濕性,，同時(shí)腐蝕性較小且不易揮發(fā),，是一類極具潛力的可替代化石燃料的生物能源。近年來(lái),，在連續(xù)取樣檢測(cè)的條件下，已有大量工作通過(guò)標(biāo)記和篩選體系來(lái)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)高級(jí)醇的產(chǎn)量,，但這些方法依舊無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，且易污染樣品；與之相比,，生物傳感系統(tǒng)具有更高的安全性,、穩(wěn)定性及普適性，更適于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)監(jiān)測(cè),。
生物傳感器已被廣泛應(yīng)用于代謝工程中的高產(chǎn)菌株的篩選以及代謝途徑的調(diào)控,。通過(guò)設(shè)計(jì)、構(gòu)建和改造生物傳感系統(tǒng),，使其動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)物質(zhì)濃度的變化并啟動(dòng)細(xì)胞輸出,，因此生物傳感器是一種快速、高通量評(píng)估候選途徑變體的工具,。
圖1 轉(zhuǎn)錄因子BmoR驅(qū)動(dòng)的高級(jí)醇生物傳感系統(tǒng)的構(gòu)建及改造
目前,，有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的生物傳感系統(tǒng)的研究報(bào)道還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高價(jià)值化合物及其類似物的定向檢測(cè)。北京理工大學(xué)生命學(xué)院的霍毅欣教授課題組針對(duì)該問(wèn)題,，基于以C2-C5高級(jí)醇作為信號(hào)分子的轉(zhuǎn)錄因子BmoR,，構(gòu)建了轉(zhuǎn)錄因子BmoR驅(qū)動(dòng)的高級(jí)醇生物傳感系統(tǒng)。由于野生型BmoR特性受限,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高級(jí)醇分子的特異檢測(cè),，針對(duì)BmoR的N端功能區(qū)域進(jìn)行理性和非理性設(shè)計(jì)及改造（圖1）。
圖2 野生型BmoR的激活機(jī)制,，與高級(jí)醇對(duì)接模擬及篩選過(guò)程
首先對(duì)野生型BmoR的激活原理進(jìn)行分析,，同時(shí)對(duì)野生型BmoR與不同醇分子的結(jié)合情況進(jìn)行了分子對(duì)接模擬，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行定點(diǎn)理性改造（圖2）,。通過(guò)建立隨機(jī)突變文庫(kù)并對(duì)其進(jìn)行高通量篩選,，成功得到了分別對(duì)正丁醇或異丁醇特異性響應(yīng)的BmoR突變體，同時(shí)該突變體可在0-800 mM（36.9 g/L）乙醇背景噪音下維持其特異性,。此外,，還得到了對(duì)高級(jí)醇高靈敏響應(yīng)的BmoR突變體，與野生型相比,，靈敏度提高了107倍,；以及檢測(cè)范圍擴(kuò)大至200 mM（14.8 g/L）的BmoR突變體,。通過(guò)一系列設(shè)計(jì)改造，最終得到了具有不同特性的BmoR突變體,，可用于構(gòu)建一系列多功能生物傳感系統(tǒng),，以用于篩選理想菌株或建立代謝工程領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)。相關(guān)成果發(fā)表于生化研究方法類1區(qū)Top期刊《ACS Synthetic Biology》,，原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00549,。
附作者簡(jiǎn)介：
霍毅欣教授，北京理工大學(xué)生命學(xué)院長(zhǎng)聘教授,，博士生導(dǎo)師,。主要圍繞“大宗化學(xué)品的微生物精煉與制造”，以合成生物學(xué)手段取得了一系列面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研成果,。代表作發(fā)布于Science Nat Biotechnol ,、Nat Commun等頂級(jí)期刊，近五年共發(fā)表高水平論文40余篇,，授權(quán)近十項(xiàng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)專利,。主持自然科學(xué)基金委、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等十余項(xiàng)國(guó)家,、省部及地區(qū)級(jí)項(xiàng)目?，F(xiàn)任中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)理事、工業(yè)和信息化部“分子醫(yī)學(xué)與生物診療”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,、北京理工大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)責(zé)任教授等職,。
陳振婭副研究員，北京理工大學(xué)生命學(xué)院,，長(zhǎng)期從事代謝工程與合成生物學(xué),、生物傳感器挖掘與改造等方面的研究。在Metabolic Engineering ,、ACS Synthetic Biology ,、Journal of Agricultural and Food Chemistry 、Applied Microbiology and Biotechnology ,、Biotechnology and Bioengineering等頂級(jí)期刊發(fā)表論文20余篇,，獲批發(fā)明專利多項(xiàng)。
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