合成酵母菌研究獲進展

繼2017年3月國際期刊《科學》（Science）以封面形式報道了我國科學家參與的釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0）的里程碑式進展，短短一年後，2018年5月22日，國際期刊《自然-通訊》（Nature Communications）以專刊形式七篇齊發，聚焦中英美德四國科研團隊在合成酵母菌株應用方面的重大突破。中國科學院深圳先進技術研究院戴俊彪課題組和英國曼徹斯特大學蔡毅之課題組合作發表了其中兩篇論文，解決了將合成酵母菌應用於工業生物技術的多個關鍵技術難點。

通過對基因組序列的從頭設計與合成，Sc2.0的研究者們在合成酵母中成功植入了可對染色體進行隨機重排，在短期內實現基因組快速進化的「超能力」（SCRaMbLE）。該研究在SCRaMbLE的基礎上，開發了一套「快速、高效和普適的」方法，在需要的時候人為誘導合成酵母內基因組重排，產生序列的隨機刪除、重複、顛倒等過程，徹底打亂原有基因組，在短時間內實現基因組序列由「1」到「N」的變化，獲得具有重要工業應用價值的菌株。

「我們基於合成的酵母菌株，開發了一系列的技術體系用於外源代謝途徑優化、底盤細胞適配以及菌株耐受性提升等，全面提升了目標產物的產量。這幾項技術的結合有望為合成酵母菌株的工業應用插上騰飛的雙翼，產生巨大的經濟效益。」Sc2.0計劃的主要參與人之一戴俊彪表示。

戴俊彪介紹，釀酒酵母是目前工業生產中使用最為廣泛的一種微生物，在酶、食品、藥品、商用化學品以及能源領域有著大量的應用。在現階段，針對某一目標產物實現外源代謝途徑和底盤細胞的最優化和相互適配的過程極其複雜，往往需要大量的時間和研發投入才可能獲得具有產業化價值的產量。現在，團隊利用合成酵母的這一「超能力」可為這一問題提供更為直接簡便的解決方案。

「SCRaMbLE、ReSCuES以及後續的篩選過程組成了一個高效的『進化加速器』，可以在2-3天時間內實現自然界中需要漫長的時間（可長達上億年）才能完成的性狀進化過程。通過與代謝工程結合，我們期望我們的技術可以加速高附加值化學品、天然產物、抗生素等的微生物發酵生產過程，為人類造福。」蔡毅之表示。

合成酵母的「超能力」——SCRaMbLE系統

合成酵母的「進化加速器」——ReSCuES系統

合成酵母的「代謝工程適配器」——in vitro and in vivo SCRaMbLE-in methods

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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