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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 吉隆泥石流灾害核心区搜寻工作持续推进

  • 铭记历史 缅怀先烈

独家策划

推荐阅读
草案不仅从法律上承认自动驾驶的合法身份,解决了“它是什么”的问题,还为其设立行为规范,发放“法律身份证”。
2026-09-04 09:17
开学后,一些孩子坐进教室才发现,黑板上的字看不清了,验光后发现近视。有些家长听说OK镜可以“晚上戴、白天摘”,还有助于延缓近视进展,准备给孩子配一副。孩子能不能佩戴OK镜?需要注意什么?
2026-09-04 09:32
据《自然》近日报道,根据9月1日联合国环境规划署(UNEP)发布的一份报告,按照当前的排放趋势,本世纪全球气温将较工业化前水平上升约1.8℃,这已是预期的最好结果。
2026-09-04 09:26
人类对寻找地外生命的执着,不仅是要证明人类并非宇宙“孤儿”,更重要的是,这可能带来能源、医学等领域的颠覆性突破。
2026-09-04 09:16
大地测量是国家安全的“隐形防线”,是航空航天和深空探测的“眼睛”,是国家基础设施建设的“尺子”和“秤”。
2026-09-04 09:17
全面了解我国管辖海域基础地质与海底构造特征,服务自然资源管理和国土空间规划“一张图”建设
2026-09-03 11:41
为更好地推动我国流感疫苗的预防接种,中国疾病预防控制中心近日发布《中国流感疫苗预防接种技术指南(2026—2027)》。
2026-09-03 11:39
高温超导带材有了更便宜、更结实的“骨架”。记者2日从中国科学院理化技术研究所获悉,该所科研团队成功研制出高温超导带材新型“骨架”——铁基合金基带(DW01)。用该基带制备的超导带材关键性能指标显著优于传统哈氏合金基带产品,标志着我国在实现高温超导带材核心材料自主可控上迈出重要一步。
2026-09-03 10:38
每天,我们的大脑都要承受成千上万条信息的狂轰滥炸。如果把这些经历和信息全盘照收,大脑很快就会像塞满垃圾文件的电脑一样“死机”。那么,大脑是如何在信息的海洋中去粗取精,只把最重要的事情存进长期记忆的硬盘呢?
2026-09-03 10:38
9月,昴星团伴月、月掩金星、中秋月、海王星冲日等天象将轮番登场。其中备受大家关注的中秋月,既不是“十五圆”,也不是“十六圆”,而是较罕见的“十七圆”。
2026-09-03 10:38
记者13日从国家管网集团获悉,国内首次成品油长输管道顺序输送甲醇现场试验在陕西省咸阳市顺利完成。这标志着我国成品油管道顺序输送甲醇技术实现从理论探索到工程验证的关键跨越,为跨区域绿色甲醇安全、高效输送提供了完整技术方案与实践示范。
2026-09-03 10:38
张国捷介绍,壁虎是研究性染色体演化得天独厚的类群。为此,研究团队选取了22种壁虎开展基因组学分析,其中20个物种的性别决定机制明确,包含3种环境依赖型、6种XY基因型、11种ZW基因型,另有两个外群物种作为对照。研究还发现,上述17个由基因型性别决定的壁虎物种拥有20条性染色体,这些染色体分别起源于17条不同的祖先染色体。
2026-09-03 10:28
开学第一天,浙江省温州市广场路小学“我的暑期科学发现”发布会现场,孩子们正轮流上场展示自己的暑期探究成果。
2026-09-02 12:09
恒星形成率降到约四成,作为重要“气罐”的中性氢却仍保有七成以上。宇宙为何“有气难成星”?
2026-09-02 12:06
9月1日,以“科技改变生活 创新赢得未来”为主题的2026年全国科普月活动全面启动。
2026-09-02 12:21
今年夏天,全国用电负荷持续高位运行,屡创新高。这份“负荷迎峰值、居民却无感”的反差并非偶然,而是得益于我国电力系统的稳定供应,彰显了我国新型能源体系建设的显著成效。
2026-09-02 12:20
作为装置“心脏”的超导磁体性能,往往决定了这些装置能在冲击极限的路上走多远。通上电流的瞬间,超导线圈要承受巨大电磁力的拉扯。此时,一根看上去不起眼的“金属带子”成了决定“心脏”承受力的关键。
2026-09-02 12:12
随着全球气候变化的加剧,干旱已成为威胁森林生态系统稳定与制约林木生长的主要环境因子。
2026-09-02 10:45
中共中央、国务院日前转发了《中央宣传部、司法部关于开展法治宣传教育的第九个五年规划(2026—2030年)》,标志着全民普法正式开启“九五”的新周期。
2026-09-01 09:42
开学季来临,从近红外光醒脑仪、α脑波音频智慧仪,到加入红光模块的哺光台灯、模拟户外远眺的雾视屏……各类宣称能“醒脑”“护眼”的产品在电商平台热卖。他进一步指出,儿童颅骨厚度、密度与成人差异显著,目前尚无任何一项权威神经科学研究支持健康儿童使用此类设备。
2026-09-01 09:36
加载更多