轉化與應用研究

利用合成生物學技術，有可能解決長期困擾基因治療和生物治療的一系列技術難題，為癌癥、糖尿病等復雜疾病開發出更多有效的藥物和治療手段；也有可能突破生物燃料發展的技術瓶頸，模擬乃至設計出更加簡單高效的生物過程，生產出更復雜的天然產品，合成出更多的有機化工產品。

在醫療領域，除目前已廣為關注的?CAR-T?等細胞治療技術，設計合成促進細菌入侵腫瘤細胞的線路也是合成生物學理念指導下細胞工程的一個開拓性事例，也是細胞治療的一個早期例子。此后，工程噬菌體療法和細胞療法也不斷成熟，如通過工程手段構建益生大腸桿菌，能夠識別并消滅綠膿假單胞菌，也可以通過表達異源群體感應信號，阻斷霍亂弧菌的毒害。

近年來，我國科學家利用合成生物學技術改造的若干高產藥物的菌株開始投入工業化應用，發酵水平達到國際或國內領先水平，新增銷售額近?10?億元人民幣。利用基因表達濃度梯度調控技術改造納他霉素合成酶之間的適配性，納他霉素發酵水平最高達?15.0?g/L；解析和重組了玫瑰孢鏈霉菌達托霉素生物合成過程的級聯調控機制和關鍵基因，達托霉素發酵單位達?2.5?g/L?以上；重構筑波鏈霉菌中的他克莫司合成模塊，實現他克莫司最高發酵單位?1?405?μg/mL。

生物燃料領域，研究人員利用合成撥動開關和群體感應系統，協調生物量擴張和乙醇生產；設計并構建了生產生物柴油的大腸桿菌，并實現了多功能模塊的集成，通過在大腸桿菌中引入外源酶，使其同時具有合成脂肪酯、脂肪醇及蠟，并可利用簡單五碳糖為底物的多種功能，開辟了微生物工程化煉制能源的新途徑。

在化學品生物合成方面，基于化學反應特征和胞內調控位點，計算設計與合成表征了滿足數百種重要化學品生物合成的功能元件，為化學分子合成途徑和高效人工合成細胞創建奠定了物質基礎功能元件。利用?DNA?組裝和精確表達調控技術，創建和優化了從葡萄糖到丁二酸、戊二胺、己二酸、5-?氨基乙酰丙酸等途徑。其中，5-?氨基乙酰丙酸產量達到?50?g/L，比國際水平高?5?倍；丁二酸產量達到?125?g/L，產物對底盤葡萄糖的轉化率為?105%（可部分固定?CO₂），技術指標處于國際領先水平，并已經開始產業轉化。在對光合藍細菌底盤細胞的生理調控機制進行系統研究和形成較為完整的理解和認識的基礎上，構建了一系列獲得抗逆性能提高的光合藍細菌底盤細胞，通過光合模塊、CO₂固定和生物合成模塊的重構和優化，實現了從?CO₂生物合成酮、醇、酸等典型化合物，為發展和利用新的碳資源提供了可能，其中丙酮、D-?乳酸和?3-?羥基丁酸均為國際上首次報道。

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