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国家重点实验室陈修来副教授在《Nature Communications》发表调控微生物细胞分裂生产化学品的研究成果

发布日期:2020-05-16  来源:国家重点实验室   文/图:丁强;审核:沐万孟

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产,并有望替代石油化工炼制和植物提取。微生物细胞工厂效率是由微生物生长性能、合成能力和环境适应性共同决定,作为细胞生长性能的重要指标之一,细胞分裂能通过改变细胞形态影响微生物细胞工厂的生产效率。因此,工程化改造微生物细胞分裂为提高细胞工厂效率提供可能。研究成果“Light-powered Escherichia colicell division for chemical production”于2020年5月8日在线发表在期刊《Nature Communications》上。

国家重点实验室陈修来带领的研究生通过表达核苷酸还原酶基因nrdAB和细胞分裂基因ftsZA,可以缩短细胞分裂C和D阶段,进而缩小细胞形态,提高比表面积;而弱化表达nrdA基因和过表达细胞分裂抑制剂sulA基因,可以延长细胞分裂C和D阶段,进而扩大细胞形态,提高细胞体积。基于此,利用蓝光激活与近红外光激活系统(BANA)缩短细胞分裂,从而将大肠杆菌分为三个阶段:细胞分裂阶段,协同阶段和抵御阶段(rpoS基因)。从而是细胞形态变小,耐受性增加,5-L发酵罐中大肠杆菌乙偶姻产量达到67.2g/L,比对照提高41.5%。采用蓝光激活,抑制与近红外光激活系统(BARNA)延长细胞分裂,从而将大肠杆菌分为三个阶段:缩短分裂阶段,转换时间阶段和延长分裂阶段,从而细胞形态变大,5-L发酵罐中大肠杆菌聚(乳酸-co-3-羟基丁酸)产量达到14.31g/L,比对照提高114.2%。

上述研究结果表明工程化改造大肠杆菌的细胞分裂,进而改变细胞形态可以显著改善微生物细胞工厂的生产性能,为利用微生物细胞工厂生产化学品提供了重要参考,是合成生物学和生化工程领域的重要进展。

国家重点实验室刘立明团队的陈修来副教授为论文的通讯作者,生物工程学院2017级博士研究生丁强为论文第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划(批准号:2019YFA0904900),国家自然科学基金项目(批准号:21978113)和江苏省重点研发计划(批准号:BE2017622)等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-020-16154-3

论文截图

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