点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:开启微生物“生命暗物质”合成开关
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

开启微生物“生命暗物质”合成开关

来源:科技日报2024-05-15 10:18

  微生物具有合成多种天然产物的能力。但在微生物合成天然产物时,大量合成基因仍处于沉默状态,限制了更多新天然产物的合成,这些产物被称为微生物“生命暗物质”。

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员罗小舟与美国加州大学伯克利分校教授杰·基斯林、深圳湾实验室化学生物学研究所研究员唐啸宇,联合在《自然·代谢》发表最新研究成果。研究团队利用泛基因组分析技术,在链霉菌属中鉴定了597个基因。他们发现了一个关键途径,能显著提升链霉菌的天然产物产量,并产生具有药物潜力的新化合物。这一成果对开发新型抗生素及提高天然产物产量具有重要意义。

  中国科学院院士邓子新评价:“这项成果不仅激发了我们重启微生物天然产物‘暗物质’生物合成的兴趣,也为合成生物学在药物研发等领域的应用提供了新策略。”

  开发改造“细胞工厂”的新方法

  放线菌是用于生产抗生素的主要微生物之一。作为放线菌门类中最典型的一类,链霉菌是已知生物合成基因簇最丰富的微生物之一。因此,链霉菌也被称为“细胞工厂”。

  “为了在自然环境中生存,链霉菌可以进化出大量次级代谢基因,以基因簇形式生产各种生物活性物质,来抵抗外敌和抑制竞争者。”中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所助理研究员王欣然介绍,相比其他微生物,链霉菌中的次级代谢基因簇更多,不同菌株间能力差异也很大。

  在研究团队看来,如果能找到产生生物活性物质能力有差异的链霉菌菌株,并研究哪些基因可能与活性物质的高产共同进化,就有望找到改造链霉菌促进产物合成、激活沉默基因簇的新方法,进而揭秘微生物“生命暗物质”。

  然而,与大肠杆菌、酵母菌等微生物相比,放线菌的遗传改造技术并不成熟。目前,该领域研究主要集中在对单个菌株的遗传物质、生活环境和代谢物质等进行调控,鲜有通用策略来提高不同天然产物产量。

  为此,罗小舟团队花了将近4年时间,利用泛基因组分析技术,系统分析整个链霉菌属基因组,跳过了对放线菌单个菌株的研究,聚焦种群规律,建立了囊括20余种不同放线菌菌株的公共操作平台,通过“自下而上”的方式开发了普适性的改造方法。罗小舟说,这一方法节省了传统基于机理研究所耗费的时间与人力成本,为开发适用于多种植物和微生物的天然产物生产改造技术提供了新思路,并加快了探索天然产物合成未知领域的进程。

  找到提升天然产物产量关键途径

  研究团队利用泛基因组分析技术,鉴定了链霉菌中与聚酮化合物基因簇共同进化的597个基因,并发现其中合成辅酶吡咯喹啉醌(PQQ)的基因簇,在链霉菌合成天然产物的过程中发挥了关键作用。通过与上海交通大学教授白林泉、华中科技大学教授孙宇辉合作,研究人员在链霉菌菌株和工业放线菌菌株中引入PQQ的生物合成途径后发现,至少有16385种代谢产物的产量显著提高。其中,庆大霉素、安丝菌素等36种已知天然产物,有望用于制备菌剂、抗真菌剂和抗癌剂等。

  值得一提的是,研究团队还观察到有新的代谢产物产生,其中一些具有潜在抗生素活性和临床感染菌株活性。“这证实了引入PQQ的生物合成途径使得链霉菌中一些沉默的基因簇被唤醒,激活了链霉菌中未被发现的潜在代谢途径,为新型抗生素等药物的开发提供了重要线索。”罗小舟说。此外,研究通过深入的蛋白质组和代谢组分析发现,引入PQQ的生物合成途径增强了链霉菌合成多种天然产物的效率。

  “未来,我们将利用合成生物研究重大科技基础设施,对链霉菌中已发现的597个基因进行自动化分析,并随着更多基因功能表征,深入研究各个基因对天然产物的增产和激活机理等。”罗小舟介绍,团队将持续推进菌株的开发改造工作,探索链霉菌在生产抗生素和天然产物等方面的产业应用。(记者 罗云鹏 通讯员 朱诗颖)

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平同美国总统特朗普小范围交流

独家策划

推荐阅读
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
在中国科学院院士、中国工程院院士李德仁看来,不仅要星与星互联,还要把通信、导航、遥感、算力四种异构卫星“联”成一体。
2026-09-24 09:28
9月23日,当太阳行至黄经180度时,我们迎来二十四节气中的第十六个节气——秋分。
2026-09-23 09:19
实施藏粮于地、藏粮于技战略并非抽象概念,它实实在在体现在产量、装备和技术水平的变化里。
2026-09-23 09:14
一只烂苹果长出小蘑菇,竟一路“走”向太空育种;一辆由大学生制造组装的方程式赛车,让围观者眼里放光;一台智能交作业提醒机,出自中小学生之手……这些都是发生在2026年全国科普月活动上的真实片段。
2026-09-23 08:56
油炸薯条、烘焙咖啡等食品,日常生活中很常见,但高温加工过程会产生丙烯酰胺,这是一种需要加以控制的污染物。
2026-09-23 08:55
在自然灾害面前,我们需要确保两个“安全”——生命安全和财产安全。如何最大限度减少人员伤亡和财产损失,一直是我国防灾减灾救灾工作的重点。
2026-09-23 08:53
一个优良豆类品种的诞生,至少需1代杂交、6代自交,用传统育种方式得花10年左右。10年后的“新品种”,还能满足市场需求吗?尽可能缩短育种时间,才能减少不确定性。
2026-09-22 09:18
目前,“拉索”已联合“天关”“中国天眼”“银河画卷”等不同波段天文设施形成新的队伍,对重要科学问题进行攻关。
2026-09-22 09:09
记者从中国地质大学(北京)邢立达课题组获悉,中外科学家团队在安徽下三叠统南陵湖组地层中发现巨型鲎类遗迹化石。
2026-09-22 09:01
西北大学地质学系研究员韩健等联合国内外研究学者,在距今5.18亿年的云南澄江生物群中发现了步带动物新物种——胶膜玉净虫。
2026-09-22 09:00
在甘肃科技馆的科学市集“创想驿站”,兰州市第二十二中的段延浩站在自己制作的模型前,沿着风机、太阳能板、储电仓一路介绍。
2026-09-22 08:59
“面向智能社会的科学素质:机遇、挑战与变革”
2026-09-22 08:07
2026科普中国智库论坛暨第三十二届全国科普理论研讨会
2026-09-21 17:29
棘皮动物辐射对称,具钙化骨骼和管足;半索动物两侧对称,身体柔软并保留鳃裂。由此推论,步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物,实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。
2026-09-21 09:23
弘扬科学家精神,既要有庄重的纪念,也需要在生活中讲好具体的、鲜活的人和故事。
2026-09-21 09:18
20日,在由中国科普研究所主办的2026科普中国智库论坛暨第三十二届科普理论研讨会上,数项新成果——《国家科普能力发展报告(2024—2025)》、《中国公民科学素质报告(2025—2026)》、《科普服务高质量发展智库报告》、《鼎新致远:科普服务高质量发展的实践探索》、“科普人才培养丛书”及《中国科幻发展年鉴2026》发布。
2026-09-21 09:16
加载更多