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國家重點實驗室陳修來副教授在《Nature Communications》發表調控微生物細胞分裂生產化學品的研究成果

發佈日期:2020-05-16  來源:國家重點實驗室   文/圖:丁強;審核:沐萬孟

微生物細胞工廠以可再生資源為原料,實現了大宗化學品和天然產物的可持續生產,並有望替代石油化工煉製和植物提取。微生物細胞工廠效率是由微生物生長性能、合成能力和環境適應性共同決定,作為細胞生長性能的重要指標之一,細胞分裂能通過改變細胞形態影響微生物細胞工廠的生產效率。因此,工程化改造微生物細胞分裂為提高細胞工廠效率提供可能。研究成果“Light-powered Escherichia colicell division for chemical production”於2020年5月8日在線發表在期刊《Nature Communications》上。

國家重點實驗室陳修來帶領的研究生通過表達核苷酸還原酶基因nrdAB和細胞分裂基因ftsZA,可以縮短細胞分裂C和D階段,進而縮小細胞形態,提高比表面積;而弱化表達nrdA基因和過表達細胞分裂抑制劑sulA基因,可以延長細胞分裂C和D階段,進而擴大細胞形態,提高細胞體積。基於此,利用藍光激活與近紅外光激活系統(BANA)縮短細胞分裂,從而將大腸桿菌分為三個階段:細胞分裂階段,協同階段和抵禦階段(rpoS基因)。從而是細胞形態變小,耐受性增加,5-L發酵罐中大腸桿菌乙偶姻產量達到67.2g/L,比對照提高41.5%。採用藍光激活,抑制與近紅外光激活系統(BARNA)延長細胞分裂,從而將大腸桿菌分為三個階段:縮短分裂階段,轉換時間階段和延長分裂階段,從而細胞形態變大,5-L發酵罐中大腸桿菌聚(乳酸-co-3-羥基丁酸)產量達到14.31g/L,比對照提高114.2%。

上述研究結果表明工程化改造大腸桿菌的細胞分裂,進而改變細胞形態可以顯著改善微生物細胞工廠的生產性能,為利用微生物細胞工廠生產化學品提供了重要參考,是合成生物學和生化工程領域的重要進展。

國家重點實驗室劉立明團隊的陳修來副教授為論文的通訊作者,生物工程學院2017級博士研究生丁強為論文第一作者。上述研究得到了國家重點研發計劃(批准號:2019YFA0904900),國家自然科學基金項目(批准號:21978113)和江蘇省重點研發計劃(批准號:BE2017622)等項目的資助。

論文鏈接://doi.org/10.1038/s41467-020-16154-3

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