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

  • 文化中国行 | 西安城墙的数字守护人

  • 浙江杭州:市民手写春联福字迎新春

独家策划

推荐阅读
CES历来是观察前沿技术走向的重要窗口。今年,一个新词被频频提及——“物理人工智能(物理AI,Physical AI)”。
2026-01-08 18:29
从7日在京召开的全国知识产权局局长会议上了解到,根据世界知识产权组织最新发布的《2025年全球创新指数报告》,我国“综合排名进前十、单项排名‘双第一’”。
2026-01-08 02:20
近日,中央农村工作会议在北京召开。会议强调,“加强农业关键核心技术攻关和科技成果高效转化应用,因地制宜发展农业新质生产力”,为做好“三农”工作提供了重要指引。
2026-01-08 02:20
时序轮转一甲子,肇始于一间实验室的中国科技考古,历经六十载深耕求索,终从一片学术荒原,昂首跻身世界学科前沿之列。六十年来,中国科技考古依靠工作者们的汗水、智慧与坚守,写成一段传奇。
2026-01-08 02:20
冰冷坚硬的金属骨架、精确运转的齿轮电机……这,是不是你脑中的“机器人”?其实,还有一种机器人:它们没有坚硬的躯壳,而是以柔软的身体探索世界,它们并不强壮,却不会轻易损坏——这,就是软体机器人。它们像章鱼、蚯蚓、水母等自然界生物一样灵动,能够弯曲、伸展、钻入狭缝,展现出前所未有的环境适应力。
2026-01-08 02:25
近日,工业和信息化部正式公布我国首批L3级有条件自动驾驶车型准入许可,两款分别适配城市拥堵、高速路段的车型将在北京、重庆指定区域开展上路试点。
2026-01-08 02:25
“激光不是自然光,它是人类创造的‘最准的尺’‘最利的刀’,更是能为人类需求精准调光的‘魔法师’。”1月6日,科学家精神百场讲坛在扬州大学开讲,中国科学院院士、天津大学教授姚建铨向现场听众分享了自己60年的科研历程与心得。
2026-01-07 02:30
以前医生判断大脑是否健康,需要进行磁共振检查,这个检查结果用的是西方人群的参考标准。
2026-01-07 02:30
从中国科学院大连化学物理研究所获悉,“面向空间应用的锂离子电池电化学光学原位研究”项目已在中国空间站内开展。神舟二十一号航天员乘组共同在轨操作该项目实验,其中,中国科学院大连化学物理研究所研究员张洪章作为载荷专家发挥了其专业优势。
2026-01-08 02:20
硫化氢气味如臭鸡蛋,在天然气开采、炼油、煤化工中大量产生。它不仅有毒,更是形成酸雨的“元凶”之一。据统计,我国每年待处理的硫化氢约80亿立方米,全球规模更是巨大。如何安全、彻底地处理它,一直是工业界面临的巨大挑战。
2026-01-07 02:30
从生态环境部获悉,日前,南京环境科学研究所秦卫华、李中林、王涛研究团队在《布拉格国家昆虫博物馆馆报》上发表研究成果——西藏吉隆发现猎蝽科猛猎蝽属新物种吉隆猛猎蝽,我国青藏高原生物多样性数据库再添新成员。
2026-01-07 02:30
“人类工程与大自然的完美融合!”不久前,贵州花江峡谷大桥刚刚建成通车便火遍全网,各地游客纷至沓来,只为感受新晋世界第一高桥的壮观雄伟。
2026-01-07 02:30
“一张网”的构建是我国测绘地理信息事业转型升级的生动实践。
2026-01-06 09:53
具身智能作为人工智能与机器人科学交叉的前沿领域,是新一轮产业变革的技术引擎。
2026-01-06 02:45
我国首次航天员洞穴训练日前在重庆市武隆区圆满结束,28名航天员参加了这次训练。
2026-01-06 02:45
近日,国务院办公厅印发《关于加快场景培育和开放推动新场景大规模应用的实施意见》,意见明确要求构建高水平矿山安全生产智能化应用场景。
2026-01-06 03:05
拔尖创新人才的培养成长,与平台和环境密切相关。记者注意到,与长期以来以竞赛选拔为主导的“关门培养”模式不同,近年来越来越多的中学、高校开始设立新型实验班。这些实验班面向更多学子敞开大门,以综合素质培养为落脚点实施个性化育人,为拔尖创新人才成长发展开辟了新空间。
2026-01-06 03:05
我是一名铁路机车调试工,在中国中车株洲电力机车有限公司干了33年,摸过超过一千万根线缆,听过约十万次受电弓升起的声音。这些年,我带过不少刚毕业的学生,也面试过很多从院校走出来的年轻人。他们理论扎实、认真仔细,但一上手调试真车,常常“当场犯懵”。我发现一个问题:学校教的和现场用的,中间隔着一道“看不见的墙”。
2026-01-06 03:05
面对市场机遇,产业链上市公司正加速卡位布局,以技术升级主动迎接L3级自动驾驶的商业化浪潮。
2026-01-05 09:13
接下来,我们计划测量能量范围更为宽泛的质子能谱,最终覆盖4个量级的能量区间。
2026-01-05 09:08
加载更多