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合成生物学7月科研进展盘点

科技 08-12 来源： iSynBio造物

| 造物有话说

2022年7月总结有代表性论文共计30篇，亮点进展10篇，内容偏向细胞与基因治疗、合成生物学原件与工具设计、合成生物化学、合成免疫学、蛋白质工程5大领域，研究热点为噬菌体治疗、肿瘤细菌疗法、CRISPR应用、蛋白质设计与蛋白质结构预测。

本文为合成生物学月度科研进展汇总，依据合成生物学契合度、发表期刊影响力、学术创新性、科学传播广度等进行归纳总结。本文仅代表编者观点，排序未有任何实质意义。

JULY

# 合成基因组

系统综述合成生命的发展历程

Venter亲自执笔在《Cell 》发表题为“合成染色体、基因组、病毒及细胞”的综述文章，系统回顾了“合成生命”的发展历程，涵盖基因组合成技术的突破和病毒外壳/细胞内合成核酸序列的启动研究进展，并提出超大基因组的高效全合成将有望避免CRISPR的脱靶效应，促进器官异源移植走上临床应用舞台。

# 合成生物化学

士的宁的生物合成

德国耶拿马普化学生态研究所天然产物生物合成系Sarah E. O’Connor团队在《Nature》发表题为“士的宁的生物合成”的文章，报道了士的宁的生物合成途径，在本氏烟中成功合成了士的宁以及相关分子二甲马钱子碱和达波灵碱，证明了这类复杂的、具有药理活性的化合物可以通过代谢工程的方法高效生产。

# 合成微生物组学

人工分隔实现微生物群落平衡

深圳先进技术研究院合成所戴卓君团队在《Nature Communications》发表题为“聚合微生物群机器人构建工程微生物菌群”的文章开发了一种基于聚合物微胶囊封装亚群的人工空间分隔方法，来构建由单一或多物种组成的合成微生物群落，继而调节跨物种的交流和分工，实现微生物群落平衡。

# 合成免疫学

通过靶向蛋白水解制备甲型流感减毒活疫苗

深圳先进技术研究院合成所司龙龙团队在《Nature Biotechnology》发表题为“通过靶向蛋白水解制备甲型流感减毒活疫苗”的文章，基于合成生物学技术理念，将细胞内蛋白质降解机制拓展至病毒疫苗的设计中，在病毒蛋白后融合可靶向蛋白酶体的多肽，使得病毒在侵染正常细胞后激活宿主蛋白质泛素化降解系统，降解病毒蛋白以实现减毒，为减毒病毒活疫苗的设计开发提供了新思路，也有助于促进细胞蛋白质降解机器基础生物学研究与疫苗研发医学转化的深度交叉融合。

# 基因组工程

水稻产量提高再取突破

中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队在《Science》发表题为“一种缩短水稻生长周期、提高谷物产量的转录调控因子‍”的文章，通过筛选不同转录因子对水稻光强和氮供应的响应性，鉴定了一种受光照和低氮状态诱导的转录因子，该转录因子与光合作用、氮利用和开花密切相关。在水稻中过表达该转录因子后，水稻氮利用率明显提高、开花期提前、产量大幅提升，有望成为未来作物改良策略的靶标，以实现更高效的作物育种和更可持续的粮食生产。

# 蛋白质工程

环状RNA可提高蛋白质产量数百倍

美国斯坦福大学霍华德休斯医学院Howard Y.Chang团队在《Nature Biotechnology》发表题为“工程化环状RNA以提高蛋白质产量”的文章，开发了一种用于快速组装和测试影响人工合成环状RNA蛋白质表达因素的系统方法。通过优化载体拓扑结构、5’非翻译区、3’非翻译区、内部核糖体进入位点和招募转录起始机器的合成适配体等因素，提高了环状RNA蛋白质产量数百倍，同时验证了环状RNA在体外翻译效率高于mRNA，在体内能维持更长时间的翻译过程，且这种环化策略可推广至其他外源基因。

# 合成生物学元件与工具设计

看的见的基因表达时序关系

美国加利福尼亚州旧金山格莱斯顿数据科学与生物技术研究所Seth L. Shipman团队在《Nature》发表题为“利用CRISPR整合反转录子标签至基因组，以记录基因表达的时序关系”的文章，建立了一种能将转录事件按时间顺序记录到基因组中的分子系统。通过引入原核生物反转录子元件，当被标记基因的启动子活跃并转录出RNA后，经过反转录子操纵子标记的RNA会在反转录酶的作用下形成双链DNA，双链DNA再经过Cas1-Cas2蛋白的整合，插入基因组CRISPR区域成为间隔序列，间隔序列的前后顺序便反映了基因表达的时间差异。

大规模基因扰动以快速鉴定基因功能

上海科技大学生命科学与技术学院基因编辑中心池天团队在《Cell 》发表题为“针对整个生物体的大规模多靶向嵌合CRISPR基因扰动方法”的文章，结合Cre-loxP和CRISPR-Cas9技术，构建了一个诱导型嵌合扰动平台，该平台可以实现在同一小鼠体内同时进行至少100个基因的原位CRISPR靶向扰动，可用于基因功能的快速鉴定，推动基因组解码相关研究。

# 其他

气候持续变暖将对南极细菌多样性产生严重影响

瑞士苏黎世大学进化生物学与环境科学系Macarena Toll-Riera和Andreas Wagner团体合作在《Science Advances》发表题为“进化终将无力挽救处于温度持续上升环境下的南极细菌”的文章，提出每个物种都有各自的耐热上限，长时间处于耐热上限以上的温度环境下，会导致蛋白质错误折叠及膜流动性的改变，并影响生物活性。全球气候持续变暖，这将对南极细菌的丰度产生严重影响，甚至导致菌种灭绝。

AlphaFold再出大招，预测出几乎自然界所有已知蛋白三维结构

DeepMind与EMBL合作，将预测结构数据库从去年的100万扩展到200亿，一年时间翻了200倍，几乎覆盖了自然界科学发现的所有蛋白质，包括动物、植物、细菌、真菌等所有物种类型，有望进一步加速蛋白质相关研究。

专题介绍

合成生物学每月科研进展专栏以总结合成生物学最新科研进展为首要任务，涉猎包括但不限于Nature、Science、Cell 、Nature子刊、Science子刊、Nucleic Acids Research、PNAS等20多种核心期刊，内容跨定量合成生物学、合成基因组学、合成生物化学、合成微生物组学、合成免疫学、基因组工程、材料合成生物学、细胞与基因治疗、合成生物自动化设备、基因线路、蛋白质工程、代谢工程、合成生物学元件与工具设计等领域，旨在以最快捷的方式、最便利的平台让读者获取到自己感兴趣的合成生物学最新研究成果。