無細(xì)胞合成生物技術(shù)的進展探究

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1、無細(xì)胞合成生物技術(shù)的進展探究　　合成生物技術(shù)一經(jīng)興起，便得到全世界的廣泛關(guān)注，下面是小編搜集整理的一篇探究無細(xì)胞合成生物技術(shù)進展的范文，供大家閱讀參考。　　1合成生物技術(shù)　　合成生物學(xué)是新出現(xiàn)的一門綜合了分子生物學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等許多研究內(nèi)容的交叉學(xué)科，它借鑒工程化的思想研究生命，目的是通過人工設(shè)計和構(gòu)建高效、可控的生物系統(tǒng)來解決能源、材料、健康和環(huán)保等問題[1].ScientificAmerican的編輯DavidBiello曾經(jīng)用一個簡單的比喻來說明什么是合成生物技術(shù)：如果將生命比作電腦，那么，由許多

2、核酸組成的程式碼-基因體，就是生命的作業(yè)系統(tǒng)。合成生物技術(shù)想做的就是，透過創(chuàng)造或改寫基因組，讓生命表現(xiàn)出預(yù)期的行為，執(zhí)行預(yù)定的工作?！　『铣缮锛夹g(shù)一經(jīng)興起，便得到全世界的廣泛關(guān)注。早期合成生物技術(shù)的研究內(nèi)容主要為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)控元件的設(shè)計與合成;現(xiàn)階段的研究內(nèi)容擴展為通過系統(tǒng)生物學(xué)指導(dǎo)，理性組裝各種合成生物元件，使其成為定向執(zhí)行某種生物功能的代謝通路、系統(tǒng)或者一種全新的細(xì)胞[2].經(jīng)過10余年的探索，細(xì)胞體內(nèi)代謝途徑的構(gòu)建已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進展，其中的典型代表即為Keasling課題組[3,4]利用合成生物技術(shù)

3、的方法在大腸桿菌和釀酒酵母中均成功構(gòu)建的紫穗槐二烯(青蒿素前體物)的合成路徑，建立了有效而價廉的青蒿素合成方法。伴隨基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的不斷進步，合成生物技術(shù)將會給產(chǎn)品開發(fā)帶來革命性的影響，為世界帶來新一輪產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮。中國已經(jīng)制訂了合成生物技術(shù)戰(zhàn)略路線圖，規(guī)劃了技術(shù)、工業(yè)應(yīng)用、醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)等方面的中長期目標(biāo)：未來5年，爭取建立標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)庫，形成化學(xué)品和生物材料的模塊化設(shè)計和生產(chǎn)能力;未來10年，力爭形成生物系統(tǒng)設(shè)計、建模和驗證一體化平臺，商業(yè)化生產(chǎn)眾多自然化合物、藥品、化學(xué)品和生物燃料?！　〉牵趯?/p>

4、際操作過程中，并不是所有人工設(shè)計的代謝途徑都能在宿主細(xì)胞體內(nèi)表現(xiàn)出預(yù)期的效果，原因主要有以下幾方面：生物系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜難以預(yù)測;許多人工合成的生物元件與宿主細(xì)胞的兼容性問題;目標(biāo)產(chǎn)物對宿主細(xì)胞的抑制;生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題等[5].相比于調(diào)控活細(xì)胞的代謝，體外多酶催化體系顯得更具靈活性及可操作性。　　2無細(xì)胞的合成生物技術(shù)-多酶催化體系　　無細(xì)胞的合成生物技術(shù)的核心思想為體外多酶催化體系的構(gòu)建，即模仿體內(nèi)代謝途徑，在體外組合一系列酶及輔酶，構(gòu)建復(fù)雜的生化代謝網(wǎng)絡(luò)以獲得目標(biāo)產(chǎn)物的過程[6].無細(xì)胞的合成生物技術(shù)

5、近年得到很大提升，并不斷迅速發(fā)展。這種快速的發(fā)展基于無細(xì)胞的合成生物技術(shù)平臺的幾個重要特點[7~9],包括：　　(1)沒有宿主細(xì)胞的生理調(diào)控系統(tǒng)，反應(yīng)條件更容易控制，可以方便地進行反應(yīng)條件的優(yōu)化;(2)不存在副反應(yīng)和宿主細(xì)胞本身的代謝需求，能夠達到更高的產(chǎn)品得率和產(chǎn)品純度;(3)可以使用高負(fù)載量的酶，用于提高反應(yīng)速率;(4)寬泛的反應(yīng)條件(如高溫、有機相催化體系)、底物的自由選擇，解決了底物或中間產(chǎn)物的毒性問題;(5)具有相當(dāng)大的工業(yè)化潛力?！　o細(xì)胞的合成生物技術(shù)可以看作一個基于三要素的集成式平臺，包括

6、：代謝途徑重新構(gòu)建、酶工程和反應(yīng)工程[10].代謝途徑重新構(gòu)建需要以體內(nèi)代謝途徑為基礎(chǔ)，組裝相應(yīng)的酶和輔酶。與體內(nèi)代謝途徑可以自動平衡輔酶和產(chǎn)生腺苷三磷酸(ATP)不同，構(gòu)建體外代謝途徑必須設(shè)計輔酶再生系統(tǒng)和ATP合成體系。此外，需要進行詳細(xì)的熱力學(xué)分析，以確保設(shè)計的代謝途徑和預(yù)期相符。酶工程經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，是一個相對成熟的研究領(lǐng)域，涉及酶的發(fā)現(xiàn)、酶的大量制備、理性設(shè)計、定向進化和酶的固定化等。反應(yīng)工程包括生物反應(yīng)器的設(shè)計(如膜反應(yīng)器、流加反應(yīng)器、連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器)、多個反應(yīng)的級聯(lián)、反應(yīng)條件的優(yōu)化

7、等?！　?多酶催化體系的構(gòu)建策略　　3.1底物通道效應(yīng)　　多酶催化體系反應(yīng)過程中，中間產(chǎn)物要經(jīng)分離純化才能進行下一步產(chǎn)應(yīng)。中間產(chǎn)物在分離過程中損失較大，產(chǎn)率相對較低。對催化反應(yīng)的多種酶進行理性設(shè)計，在一定空間內(nèi)實現(xiàn)級聯(lián)催化，可有效減少反應(yīng)步驟及反應(yīng)設(shè)備的初始投入，減少中間產(chǎn)物的擴散阻力、增加其局部濃度，降低中間產(chǎn)物在分離過程中的損失，提高最終產(chǎn)物的收率?！　〉孜锿ǖ佬?yīng)(substratechanneling)指在多酶催化的代謝途徑中前一個酶所催化產(chǎn)生的產(chǎn)物直接進入下一個酶的活性中心，而不是擴散進入所在的

8、反應(yīng)體系環(huán)境中[11].在傳統(tǒng)的生物催化級聯(lián)過程中，所有的酶均勻分布在反應(yīng)器中，存在酶穩(wěn)定性差、產(chǎn)物分離復(fù)雜、酶難以回收、環(huán)境耐受性差以及中間傳遞效率等諸多問題，因此，需要發(fā)展有效的固定化酶策略來實現(xiàn)多酶催化的底物通道效應(yīng)，同時可以保持酶的活力穩(wěn)定性及重復(fù)使用性?！　《嗝复呋w系的固定化是酶工程領(lǐng)域的前沿課題之一，探索和研究新的固定化技術(shù)，開發(fā)適用范圍廣、可應(yīng)用于多酶催化的固定化酶載體材料，為多酶體系創(chuàng)造適宜的微環(huán)境是這一領(lǐng)域