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天津市千人计划专家张以恒B&B发文,报道体外合成生物学重大突破

2017年4月11日,天津市千人计划专家张以恒实验室在biotechnology and bioengineering杂志发表了体外合成生物学最新文章,An in vitro synthetic biology platform for the industrial biomanufacturing of myo-inositol from starch。该文报道了第一个在工业规模,通过体外合成生物学平台生产的生物分子,肌醇(inositol)。

肌醇(维生素B8)主要应用于医药、食品、化妆品、饲料等工业领域。传统生产肌醇的方法主要是通过酸法水解肌醇六磷酸(phytate)进行。这种方法存在很多的缺陷,比如原料费用高昂,严重的磷酸污染,产物分离困难等。

本文报道了一个体外的多酶分子通路,从淀粉直接生成肌醇。如下图所示:

这个通路一共包括了四个来源于超嗜热菌株的酶分子,分别是alpha-葡聚糖磷酸化酶(alpha-glucan phosphorylase),葡萄糖磷酸变位酶(phosphoglucomutase),肌醇-1-磷酸合成酶(inositol 1-phosphate synthase)以及肌醇单磷酸酶(inositol monophosphatase)。这四种酶在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了高效的表达,同时能够很容易地通过热处理实现蛋白的纯化。

这一多酶通路在20000L发酵罐中成功地实现了淀粉到肌醇的转化,48小时反应后,获得了95g/L的肌醇产量。该生产方法大大降低了肌醇生产的成本,节省了传统的基于肌醇六磷酸酸解法约三分之二的操作费用。同时,相比于传统的方法,采用体外合成生物学操作平台生产肌醇方法可以降低约500倍的磷酸污染。

这一研究证实了利用体外合成生物学平台进行工业化生产地有效性,以及利用高效平台生产高附加价值产品的前景。

作者: zhangyiheng

张以恒,天津市千人计划专家、美国弗吉尼亚理工终身教授、天津工业生物技术研究所研究员。研究方向为无细胞生物制造系统、生物质糖高效产氢、高能量密度糖酶燃料电池、人工光合作用生产化学品、温和反应条件下生物质拆分、纤维素转化淀粉等领域。作为课题主持人和通讯联系人,已在PNAS, Nature Communications, AngewChem, Trend in Biotechnology等60多种SCI杂志上发表了100多篇SCI文章,他引超过3000次。



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