甲醇酵母正交/交互生物器件库设计与精细表达控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870073
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2102.合成生物学与生物改造技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Methanol, a byproduct of the fossil fuel industry, can be produced inexpensively from natural gas, or renewably through reduction of carbon dioxide by hydrogen, and it shows potential to serve as a high-volume, low-cost feedstock for production of pharmaceuticals and chemicals. Engineered strains with methanol utilization pathway usually shows weak methanol consumption abilities and low biosynthetic rates, while most natural methylotrophs are generally known to lack well-developed genetic tools for carrying out extensive biosynthetic pathways. Pichia pastoris (Komagataella pastoris) is a methylotrophic yeast that can utilize methanol as the sole carbon source for its growth and compound biosynthesis. Moreover, a wide range of genetic tools are available for P. pastoris, and many expression vectors have been commercialized. Nonetheless, this chassis host is still lack of suitable and sufficient biological elements and devices for fine tuning expression control on pathway nodes and pathway balancing. This project aims to exploit biological elements from transcription regulation system of AOX1 promoter and construct universally used constitutive and induced device libraries, which are used to re-construct the AOX1 promoter transcription system. Then with the combination use of RNA-seq and CRISPR-dCas9/RNAi, a strict regulation upstream device for low/none leakage expression control of the strong transcription regulation device will be constructed. Finally, we will use lovastatin biosynthetic pathway as a test case, for its fine tuning expression control with various modes involving different combinations of device libraries, which is to evaluate their application results, decrease intermediates accumulation and improve final products titre and develop the potential use of this methylotrophic chassis host.
甲醇来源广泛、价格低廉,可作为碳一底物用于医药、化工产品的生物合成。在非天然甲醇菌株中构建甲醇代谢途径,甲醇利用和产物合成的效率较低;而天然甲醇菌株大多遗传背景不清楚且遗传操作工具缺乏,难以构建及优化复杂的异源途径。巴斯德毕赤酵母可利用甲醇作为单一碳源,遗传背景较清晰,有多种商业化载体,但该底盘宿主尚缺少合适、足量的元器件用于途径节点的精细表达控制和途径优化平衡。本课题拟针对毕赤酵母AOX1启动子转录调控系统发掘生物学元件,并构建通用的组成型和诱导型器件库(正交/交互),重塑AOX1启动子转录调控系统,同时结合RNA-seq和CRISPR-dCas9/RNAi开发无/低渗漏表达的严谨调控型器件用于控制强表达器件。最后以洛伐他汀生物合成途径为对象,采用正交/交互器件精准控制各个途径节点以评估不同器件库及组合的应用效果,以此降低中间体累积,促进终产物合成效率,发掘和拓展该甲醇宿主的应用潜力。

结项摘要

甲醇来源广泛、价格低廉,可作为优质的碳一底物用于医药、化工产品的生物合成。在非天然甲醇菌株中构建甲醇代谢途径,甲醇利用和产物合成的效率较低;而天然甲醇菌株大多遗传背景不清楚且遗传操作工具缺乏,难以构建及优化复杂的异源途径。巴斯德毕赤酵母可利用甲醇作为单一碳源,遗传背景较清晰,但该底盘宿主尚缺少合适、足量的元器件用于途径节点的精准表达控制和途径优化平衡。.本项目针对巴斯德毕赤酵母PAOX1启动子转录调控系统发掘生物学元件,重塑启动子转录调控系统,构建了组成型cTRDL和甲醇诱导型iTRDL人工转录器件库,器件总量288个,强度覆盖PAOX1启动子的16%~520%;进一步结合RNA-seq和CRISPR-dCas9/RNAi开发低渗漏表达的严谨调控型器件SRUD用于控制强表达器件,具有高强度、灵活可控、可编程的优质性能,为毕赤酵母基因表达提供了新的调控策略,为毕赤酵母细胞工厂的拓展应用提供了新的平台体系。进一步,开发无标记多基因编辑工具,以降血脂药物中间体为对象,理性设计选择器件库的不同器件组合精准控制各个途径节点,优化不同器件库及组合,降低中间体累积,实现终产物合成能力提升3倍以上。在此基础上,基于cTRDL和iTRDL开发了拓展型乙醇响应型器件,开发了碳源、前体、诱导剂三位一体的新型生物合成系统,实现了辛伐他汀 (及洛伐他汀中间体) 产量高达3.2 g/L,并可拓展和提升其他植物源黄酮类分子的生物合成。研究成果对于拓展该甲醇酵母蛋白表达及小分子化学品生物合成的应用范畴、促进甲醇及其他相关碳一底物的生物转化利用具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Yeast transcriptional device libraries enable precise synthesis of value-added chemicals from methanol.
酵母转录装置库能够从甲醇中精确合成增值化学品
  • DOI:
    10.1093/nar/gkac765
  • 发表时间:
    2022-09-23
  • 期刊:
    NUCLEIC ACIDS RESEARCH
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Zhu, Qiaoyun;Liu, Qi;Yao, Chaoying;Zhang, Yuanxing;Cai, Menghao
  • 通讯作者:
    Cai, Menghao
新型重组毕赤酵母产人胰岛素前体的表达工艺研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国生物工程杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭强强;刘启;徐名强;张元兴;蔡孟浩
  • 通讯作者:
    蔡孟浩
Modulation of acetate utilization in Komagataella phaffii by metabolic engineering of tolerance and metabolism
通过耐受和代谢的代谢工程调节Komagataella phaffii中乙酸盐的利用
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1404-0
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Qin Xu;Chenxiao Bai;Yiqi Liu;Lili Song;Lin Tian;Yunfeng Yan;Jinfeng Zhou;Xiangshan Zhou;Yuanxing Zhang;Menghao Cai
  • 通讯作者:
    Menghao Cai
De novo production of the plant 4’-deoxyflavones baicalein and oroxylin A from ethanol in Crabtree-negative yeast
在 Crabtree 阴性酵母中从乙醇中从头生产植物 4-脱氧黄酮黄芩素和木木精 A
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Synthetic Biology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhilan Qian;Jiahui Yu;Xinjie Chen;Yijia Kang;Yanna Ren;Qi Liu;Jian Lu;Qing Zhao;Menghao Cai
  • 通讯作者:
    Menghao Cai
巴斯德毕赤酵母底盘细胞的工程化改造及应用
  • DOI:
    10.12211/2096-8280.2022-039
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    合成生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘启;钱芷兰;宋丽丽;要超颖;任燕娜;蔡孟浩
  • 通讯作者:
    蔡孟浩

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其他文献

流体剪切敏感型海洋灰绿曲霉AgugtA和AgugeA基因的克隆及功能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    华东理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓霞;蔡孟浩;周祥山;张元兴
  • 通讯作者:
    张元兴

其他文献

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产红色素南极真菌的适冷关键基因挖掘及常温适应遗传改造
  • 批准号:
    42176238
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产红色素南极真菌的适冷关键基因挖掘及常温适应遗传改造
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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