微生物所輔因子自平衡的全細胞催化劑設計取得進展

2021-01-09 中國生物技術信息網

微生物所輔因子自平衡的全細胞催化劑設計取得進展

來源:微生物研究所   發布者:ailsa   日期:2017-11-22   今日/總瀏覽:2/3925

  微生物細胞工廠高效生產化學品是先進生物製造的重要手段。目標產物的合成途徑可能涉及多個輔因子或共底物,輔因子供應不足和輔因子不平衡等問題常常成為高效生物合成的重要瓶頸。針對該問題,中國科學院微生物研究所陶勇研究組通過設計輔因子自平衡的系統,將合成途徑中所需的多個輔因子進行同時再生循環,實現合成系統中輔因子的自平衡,促進產物的高效合成,並在苯乙醇生物合成中得到成功應用。

  從苯丙酮酸合成苯乙醇的代謝途徑需要共底物α-酮戊二酸(2-oxoglutarate)和還原力 (NAD(P)H)的參與,α-酮戊二酸的供應不足和還原力平衡問題是限制苯乙醇產量進一步提高的重要瓶頸。針對輔因子供應和循環問題,該研究以大腸桿菌為底盤,通過在合成系統中利用穀氨酸脫氫酶設計一個「橋梁」,構建輔因子自平衡的細胞工廠,無需外源添加任何輔因子,細胞催化效率提高近4倍,實現了苯丙氨酸高效轉化生成具有玫瑰香的苯乙醇。

  該研究通過進一步移除合成系統中的氨,催化系統能以苯丙酮酸為唯一底物該效合成苯乙醇,同時只有水和CO2作為副產物,從而建立了一個高效、乾淨的生物催化系統。該輔因子自平衡系統對胺基酸到相應的醇的合成具有普遍的適用性。本研究提供了一種解決輔因子/還原力不平衡的新途徑,並展示了輔因子自平衡系統促進化學品合成的廣泛適用性。

  該研究成果發表在Metabolic Engineering期刊上。陶勇課題組博士生王鵬超為文章的第一作者,陶勇、微生物所副研究員林白雪、福建師範大學教授黃建忠為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、「973」項目和中國科學院/國家外國專家局「創新團隊國際合作夥伴計劃」的資助。

輔因子和還原力自平衡的系統

 

 

輔因子自平衡系統提高產物合成效率

相關新聞

相關焦點

  • 輔因子自平衡的全細胞催化劑設計取得進展
    目標產物的合成途徑可能涉及多個輔因子或共底物,輔因子供應不足和輔因子不平衡等問題常常成為高效生物合成的重要瓶頸。針對該問題,中國科學院微生物研究所陶勇研究組通過設計輔因子自平衡的系統,將合成途徑中所需的多個輔因子進行同時再生循環,實現合成系統中輔因子的自平衡,促進產物的高效合成,並在苯乙醇生物合成中得到成功應用。
  • 自組裝納米材料構築無輔因子的氧化模擬酶研究獲進展
    近日,中國科學院國家納米科學中心丁寶全課題組與施興華、王會課題組,聯合北京化工大學王振剛課題組、清華大學教授劉冬生,在生物分子自組裝催化研究領域取得新進展丁寶全課題組在自組裝生物分子的功能化研究方面已取得一系列進展(Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57, 15486; Nature Biotechnology, 2018, 3, 258; Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6)。
  • 科學網—讓「輔因子」助力工業生物催化
    2014年前後,國家自然科學基金委員會化學科學部設立重大項目「工業生物催化劑的代謝反應機制與相關構建的研究」和「單細胞多組分時空分析」。 5年來,科學家以創新為導向、以需求牽引,分別圍繞微生物細胞「輔因子」代謝過程、單細胞中多種生物活性分子時空分辨的螢光分析新方法開展研究,並積極推進基礎研究成果的產業化應用。
  • 讓「輔因子」助力工業生物催化—新聞—科學網
    2014年前後,國家自然科學基金委員會化學科學部設立重大項目「工業生物催化劑的代謝反應機制與相關構建的研究」和「單細胞多組分時空分析」。 5年來,科學家以創新為導向、以需求牽引,分別圍繞微生物細胞「輔因子」代謝過程、單細胞中多種生物活性分子時空分辨的螢光分析新方法開展研究,並積極推進基礎研究成果的產業化應用。
  • 資助成果 | 讓「輔因子」助力工業生物催化
    瞄準「三低」掣肘依靠大腸桿菌、酵母菌、丙酮丁醇梭桿菌等微生物自複製、自組裝、自調控的智能化特點,一些相對廉價易得的原料可以接近理論轉化率的水平,高效地合成出大量人們所需的產品。科學家們把它們稱為「工業生物催化劑」。
  • 國家納米科學中心與北京化工大學、清華大學多個團隊合作在自組裝納米材料構築無輔因子的氧化模擬酶研究方面取得進展
    近日,國家納米科學中心丁寶全課題組、施興華、王會課題組和北京化工大學王振剛課題組、清華大學劉冬生教授合作,在生物分子自組裝催化領域取得新進展。  丁寶全課題組在自組裝生物分子的功能化方面已經取得一系列進展(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 15486; Nature Biotechnol., 2018, 3, 258; Nature Mater., 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6)。
  • 國家納米中心等在自組裝納米材料構築無輔因子的氧化模擬酶研究中...
    近日,中國科學院國家納米科學中心丁寶全課題組與施興華、王會課題組,聯合北京化工大學王振剛課題組、清華大學教授劉冬生,在生物分子自組裝催化研究領域取得新進展。丁寶全課題組在自組裝生物分子的功能化研究方面已取得一系列進展(Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57, 15486; Nature Biotechnology, 2018, 3, 258; Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6)。
  • 自組裝構築首例無輔因子的氧化模擬酶材料
    但是,在環境升溫或pH波動時,隨著蛋白質的解摺疊,催化性殘基的空間排布發生改變,導致輔因子的移位、脫落甚至聚集,使得酶不可逆地失活。基於酶催化原理和結構特點發展起來的超分子自組裝,為酶的從頭設計與構造提供了有效的途徑。在前期的工作中,研究者通過生物分子自組裝,構建了輔因子依賴性的類酶活性位點(Chem. Eur.
  • 大連化物所發表天然產物微生物合成綜述文章
    該文章深入討論了近年來合成生物學和代謝工程策略構建酵母細胞催化劑,實現複雜天然產物異源合成的研究進展,並對存在的機遇與挑戰進行了展望。  臨床上使用的小分子藥物有50%直接或間接來源於天然產物。然而,當一種活性天然產物有望成為臨床藥物或先導化合物時,其有限的生物資源往往成為大規模應用的限速步驟。合成生物學和代謝工程的快速發展為稀缺天然產物的快速獲得提供了新思路。
  • Nature Commun 華東理工大學光催化劑理性設計取得最新研究進展
    高效催化劑的精確設計是多相催化追求目標之一。
  • |自組裝納米材料首次實現無輔因子的氧化模擬酶
    天然氧化還原酶依靠活性位點周圍的胺基酸殘基及輔因子兩者協同參與底物氧化還原反應的催化。然而當環境酸度和溫度較高時,會導致參與反應的胺基酸殘基亂序和輔因子錯位,進而引起蛋白質的不可逆失活。基於天然酶活性中心的催化原理和結構設計所開發的超分子催化劑有望實現無輔因子的催化作用,為酶的反應機制和設計提供了新的思路。
  • 檸檬烯微生物合成研究獲進展
    >近日,中國科學院大連化學物理研究所合成生物學與生物催化創新特區研究組研究員周雍進與西北農林科技大學副教授楊曉兵合作,在Biotechnology Advances上,發表了題為Microbial production of limonene and its derivatives:Achievements and perspectives的綜述論文,討論近年來學界通過合成生物學和代謝工程策略構建微生物細胞工廠
  • 檸檬烯微生物合成研究獲進展
    與生物催化創新特區研究組研究員周雍進與西北農林科技大學副教授楊曉兵合作,在Biotechnology Advances上,發表了題為Microbial production of limonene and its derivatives:Achievements and perspectives的綜述論文,討論近年來學界通過合成生物學和代謝工程策略構建微生物細胞工廠
  • 大連化物所金屬氧化物催化劑設計研究取得進展
    大連化物所金屬氧化物催化劑設計研究取得進展 2018-03-09 大連化學物理研究所 【字體研究發現,與共沉澱法製備的Ce-Zr氧化物相比,採用FSP方法製備的氧化物所能提供的氧空位數量增加了19倍。該研究成果為新型氧化物催化材料的設計和應用提供了新思路。  相關研究成果發表在《化學科學》上。該研究得到了中科院-亥姆霍茲夥伴研究團隊項目、中科院青年創新促進會的資助。
  • 《自然通訊》報導華理光催化劑理性設計最新研究進展
    高效催化劑的精確設計是多相催化追求目標之一。然而,基於理性指導的設計調控策略仍舊匱乏,特別是對於複雜的光催化體系而言更是如此。近日,我校化學與分子工程學院計算化學中心和工業催化研究所的王棟特聘副研究員,在金屬負載型TiO2光催化劑理性設計方面取得最新研究進展,研究成果以「Function-oriented design of robust metal cocatalyst for photocatalytic hydrogen evolution on metal/titania composites」為題,發表在Nature
  • 浙師大在高效光催化還原二氧化碳催化劑設計與製備取得突破性進展
    近日,浙師大 「雙龍學者特聘教授」、 省「傑出青年基金」獲得者李正全教授課題組在新型高效光催化還原二氧化碳催化劑的設計與製備的研究上取得突破性進展,相關成果在材料化學頂級期刊Chemistry of Materials上發表。
  • 【合成生物學】基於非正則輔因子的醛類化合物合成
    儘管相關酶在不對稱合成手性化合物領域已取得了令人滿意的成果,但在大規模工業化應用方面仍面臨一個不可避免的挑戰,即各級中間產物易被宿主菌中充斥的NAD(P)-依賴型醇醛脫氫酶催化而流向副產物合成途徑。如何有效誘導反應系統中的碳源流向,是研究者們亟待解決的問題。煙醯胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP) 是生命過程中通用的氧化還原輔酶和重要的代謝物。
  • 金屬氧化物催化劑設計研究取得進展
    近日,中國科學院大連化學物理研究所碳資源小分子與氫能利用創新特區研究組副研究員孫劍、俞佳楓團隊利用火焰噴射法(Flame Spray Pyrolysis,FSP)的高溫淬火過程,將金屬氧化物中的晶格氧鎖定在亞穩態,從而大幅增強了晶格氧的活性,使CO氧化反應速率比傳統催化劑的反應提高了
  • 青島能源所提出利用微生物合成萜烯化合物和芳香族化合物的代謝...
    以可再生糖為原料,通過代謝工程策略,以微生物細胞工廠合成這兩種化合物,產品附加值高,是當前生物化工領域的研究重點。但是,這些化合物的微生物合成都受一些共性問題的限制,如前體和輔因子供應不足、代謝途徑過長、代謝支路幹擾和產物毒性強等問題。
  • 中國科大在基於主族S區元素髮展高活性電催化氧還原反應催化劑方面...
    近日,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心和材料科學與工程學院陳乾旺教授課題組在基於主族s區金屬發展高效ORR反應催化劑上取得進展,他們在密度泛函理論的計算指導下,實驗合成了含有鎂(Mg)輔因子的碳基催化劑,將主族s區金屬Mg發展成了活性可比貴金屬的ORR電催化劑。該研究成果於2020年2月18日發表在Nature Communications。