无细胞的合成生物技术_多酶催化与生物合成_许可.pdf

中国科学: 化学 2015 年 第45 卷 第5 期: 429 ~ 437 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 大宗化学品可持续化工—生物融合转化专刊 无细胞的合成生物技术—多酶催化与生物合成 许可, 吕波, 李春* 北京理工大学生命学院生物工程系, 北京 100081 *通讯作者, E-mail: lichun@ 收稿日期: 2014-09-26; 接受日期: 2014-10-09; 网络版发表日期: 2015-03-12 doi: 10.1360/N032014-00263 摘要 无细胞合成生物技术由于其高度可控及体外代谢途径构建方法多样, 能够完成许 关键词 多体内代谢途径无法完成的工作. 其主体思想即体外多酶催化体系的构建, 通过模拟生物细 无细胞 多酶催化体系 胞内的多酶体系, 在体外反应系统中加入能进行顺序反应的多种酶, 使底物经过顺序的多步 共固定化 反应, 一次得到最终产物, 使生产过程大大简化. 将多酶催化体系进行共固定化, 可以实现 底物通道 多酶体系的协同反应和底物通道效应, 提高反应效率. 未来几年, 无细胞合成生物技术有望 合成生物技术 成为生物燃料、大宗化学品以及医药产品的低成本生物制造平台. 1 合成生物技术 二烯(青蒿素前体物) 的合成路径, 建立了有效而价廉 的青蒿素合成方法. 伴随基因组学和系统生物学的 合成生物学是新出现的一门综合了分子生物学、 不断进步, 合成生物技术将会给产品开发带来革命 工程学、数学等许多研究内容的交叉学科, 它借鉴工 性的影响, 为世界带来新一轮产业发展浪潮. 中国已 程化的思想研究生命, 目的是通过人工设计和构建 经制订了合成生物技术战略路线图, 规划了技术、工 高效、可控的生物系统来解决能源、材料、健康和环 业应用、医学和农业等方面的中长期目标: 未来5 年, 保等问题[1]. Scientific American 的编辑David Biello 争取建立标准元件数据库, 形成化学品和生物材料 曾经用一个简单的比喻来说明什么是合成生物技术: 的模块化设计和生产能力; 未来 10 年, 力争形成生 如果将生命比作电脑, 那么, 由许多核酸组成的程式 物系统设计、建模和验证一体化平台, 商业化生产众 码—基因体, 就是生命的作业系统. 合成生物技术 多自然化合物、药品、化学品和生物燃料. 想做的就是, 透过创造或改写基因组, 让生命表现出 但是, 在实际操作过程中, 并不是所有人工设计 预期的行为, 执行预定的工作. 的代谢途径都能在宿主细胞体内表现出预期的效果, 合成生物技术一经兴起, 便得到全世界的广泛 原因主要有以下几方面: 生物系统构建复杂难以预 关注. 早期合成生物技术的研究内容主要为标准调 测; 许多人工合成的生物元件与宿主细胞的兼容性 控元件的设计与合成;