合成生物學(xué)
合成生物學(xué)通過運(yùn)用基因操作工具等將基因植入到微生物中，使之生產(chǎn)出藥物、化學(xué)制品或生物燃料，是一門能夠調(diào)節(jié)和改造生命行為或再創(chuàng)生命形式的新興工程學(xué)科。采用工程學(xué)“自下而上”的理念，通過“設(shè)計(jì)(design)-構(gòu)建(build)-測(cè)試(test)-學(xué)習(xí)(learn)”的路徑(DBTL)，打破“自然”和“非自然”的界限，在學(xué)習(xí)自然生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出有各類用途的生物系統(tǒng)，制造出滿足人類需求的產(chǎn)品。它的出現(xiàn)為許多前景廣闊的科學(xué)研究帶來新的希望。
藥用植物中的有效活性成份大部分直接從中草藥中提取獲得，但由于大多數(shù)藥用天然產(chǎn)物在植物中的含量低微，提取分離相對(duì)困難，并且有些天然化合物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致化學(xué)合成難度大，且易造成對(duì)環(huán)境的污染。通過生物合成途徑獲得的中藥有效活性成份綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展且產(chǎn)量高，因此備受關(guān)注。
植物有效活性成分
萜類化合物是植物次生代謝產(chǎn)物中*豐富、數(shù)量最多的一類化合物，具有多種功能，其中更存在著具有顯著藥理活性的化合物——人參皂苷。人參皂苷屬于三萜類化合物，是傳統(tǒng)名貴中藥材人參的主要活性成份，人參在預(yù)防腫瘤、抗衰老、抗心律失常、降糖降脂、提高免疫力等方面都有功效。人參皂苷作為藥物和保健品深受人們喜愛，市場(chǎng)需求極大，但人參資源稀少，生長(zhǎng)周期漫長(zhǎng)，且人參中人參皂苷含量較低，導(dǎo)致其供應(yīng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。因此，通過合成生物學(xué)獲得該有效活性成份的重要性可見一斑。
有文獻(xiàn)報(bào)道，在釀酒酵母中引入原人參二醇（PPD）合成途徑，構(gòu)建生產(chǎn)PPD的菌株；隨后利用代謝途徑強(qiáng)化的策略，對(duì)HMGR 酶的表達(dá)和發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終將PPD產(chǎn)量提高到1g/L[1-2]。后期通過基因模塊組合優(yōu)化，將人參皂苷前體達(dá)瑪烯二醇-II（DD）的產(chǎn)量提升至15g/L[3]。SHI等[4]將PPDS定位至存儲(chǔ)底物DD的脂滴，顯著提高了DD向PPD的轉(zhuǎn)化率，最終人參皂苷compound K(CK)的發(fā)酵罐產(chǎn)量高達(dá)5g/L。
未來發(fā)展趨勢(shì)
中藥活性成份涵蓋廣泛，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，對(duì)于創(chuàng)新藥物研發(fā)具有十分重要的價(jià)值。通過生物合成途徑的快速組裝重構(gòu)和基因編輯技術(shù)等合成生物學(xué)手段實(shí)現(xiàn)中藥活性成份的高效異源生物全合成，將成為綠色高效獲取中藥活性成份的重要途徑之一。合成生物學(xué)利用已知的遺傳元件改造已有的微生物，使其具備全新的功能或更佳的性能；科學(xué)家可以通過改造微生物自身遺傳物質(zhì)的構(gòu)造，創(chuàng)造出自然界不存在的物體。相信隨著生物技術(shù)的不斷更迭，植物中活性成份的大量生物合成將為傳統(tǒng)中藥開發(fā)注入新的活力，提升我國(guó)研發(fā)創(chuàng)新性藥物的能力和國(guó)際醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
丹納赫生命科學(xué)可提供合成生物學(xué)對(duì)植物有效活性成份獲取研究中的相關(guān)解決方案，助力研究者加速發(fā)現(xiàn)，突破創(chuàng)新。
QPix系列高通量篩選系統(tǒng)助力工業(yè)微生物菌種選育
由于原始菌種的目標(biāo)產(chǎn)物通常比較低，而且無法適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)的苛刻條件，或需要人為提供*條件而增加生產(chǎn)成本，因此從自然界中獲得的原始菌種通常都不適合于工業(yè)化生產(chǎn)，作為工業(yè)生產(chǎn)菌種的微生物通常都是經(jīng)過人工重復(fù)多次篩選過的優(yōu)質(zhì)微生物菌種。菌種選育需要多次重復(fù)進(jìn)行，整個(gè)生產(chǎn)過程中需要花費(fèi)大量時(shí)間和人力。丹納赫生命科學(xué)旗下美谷分子儀器的QPix400高效篩選系統(tǒng)作為高通量自動(dòng)化平臺(tái)，可以在整個(gè)菌種選育過程中發(fā)揮作用，大大提高菌種選育的速度，節(jié)省時(shí)間和成本。
美谷分子儀器的QPix460 微生物克隆篩選系統(tǒng)
BioMektor高通量自動(dòng)化微型生物培養(yǎng)平臺(tái)助力微生物菌株篩選和工藝優(yōu)化
生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)菌株和工藝優(yōu)化有著嚴(yán)格的要求，過程通常十分耗時(shí)和復(fù)雜，并需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)。我們需要在盡可能減少工作量的同時(shí)獲取更多信息以實(shí)現(xiàn)盡可能高的產(chǎn)量，而高通量、自動(dòng)化、DoE可以實(shí)現(xiàn)這一目的，是未來菌株篩選和工藝過程優(yōu)化的發(fā)展趨勢(shì)。
丹納赫生命科學(xué)旗下貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)的BioLector微型生物反應(yīng)器可一次進(jìn)行48個(gè)樣品的平行培養(yǎng)，并可在線監(jiān)測(cè)生物量、pH值、溶氧（DO）和各種熒光分子或蛋白質(zhì)的熒光強(qiáng)度，同時(shí)還能結(jié)合微流控芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)各培養(yǎng)孔獨(dú)立的 pH 控制和補(bǔ)料分批培養(yǎng)，并可放大工藝。整合自動(dòng)化工作站的BioLector即BioMektor高通量自動(dòng)化微型生物培養(yǎng)平臺(tái)可通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DoE）進(jìn)行誘導(dǎo)、培養(yǎng)基制備和執(zhí)行自動(dòng)化高通量培養(yǎng)及在線檢測(cè)，非常適用于DoE環(huán)境下的菌株篩選、發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化、培養(yǎng)基優(yōu)化和補(bǔ)料分批培養(yǎng)的研究等。
貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)的BioMektor
高通量自動(dòng)化微型生物培養(yǎng)平臺(tái)
高分辨質(zhì)譜X500R QTOF在人參皂苷成份鑒定中的應(yīng)用
人參是珍貴藥材之一，具有“大補(bǔ)元?dú)?、寧神益智?益氣生津、補(bǔ)虛扶正”等功效，其主要藥效成份為人參皂苷。丹納赫生命科學(xué)旗下SCIEX的中藥成份高分辨二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)基于《中國(guó)藥典》一部中的中藥品種的有效成份為基礎(chǔ)，包含有皂苷類、黃酮類、黃酮苷類、三萜類、苯乙醇苷、有機(jī)酸等近千種化合物。
SCIEX X500R QTOF高分辨質(zhì)譜儀，一針進(jìn)樣同時(shí)得到高質(zhì)量的一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜圖，強(qiáng)大的信息依賴（IDA）采集功能，獲得高分辨的TOF MS和TOF MS/MS圖；結(jié)合豐富的中藥有效成份高分辨MS/MS數(shù)據(jù)庫(kù)，軟件自動(dòng)計(jì)算理論分子量、同位素分布、并同時(shí)和譜庫(kù)中的MS/MS進(jìn)行匹配，通過綜合得分，能直觀、快速、準(zhǔn)確地得到人參皂苷類的成份鑒定結(jié)果。
SCIEX的X500R QTOF高分辨質(zhì)譜儀
相關(guān)展訊
丹納赫生命科學(xué)將于2024年4月12 -13日參展在南京舉辦的2024第二屆合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)，將攜手思拓凡為用戶帶來覆蓋合成生物學(xué)的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”閉環(huán)工作流的解決方案。我們針對(duì)現(xiàn)有生物鑄造廠中試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)量大、自動(dòng)化手段少、大片段DNA合成成本高、研究維度單一等局限，為用戶提供圍繞旗下貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)自動(dòng)化工作平臺(tái)為核心的高通量現(xiàn)代合成生物學(xué)工業(yè)平臺(tái)。展示包括貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)的納升級(jí)聲波移液系統(tǒng)、自動(dòng)化工作站、美谷分子儀器的智能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)、微生物克隆篩選系統(tǒng)、SCIEX的Echo MS聲波激發(fā)耦合質(zhì)譜系統(tǒng)、QTRAP系統(tǒng)，思拓凡的ÄKTA Pure 層析系統(tǒng)等，可以為用戶有效降低成本、提升通量、拓展研究深度和廣度。展臺(tái)更有合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室沙盤展示，為用戶帶來合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室搭建思路。
丹納赫生命科學(xué)展位
展位號(hào)：A05
展覽期間，展臺(tái)將有豐富的互動(dòng)活動(dòng)，
歡迎蒞臨參觀，贏取好禮！
參考文獻(xiàn)
1.DAI Z B, WANG B B, LIU Y, et al. Producing aglycons of ginsenosides in bakers' yeast. Sci Rep, 2014, 4: 1.
2.王潔，戴住波. 中藥活性成分異源仿生合成——中藥資源保護(hù)與開發(fā)新模式. 中國(guó)中藥雜志，2023，48: 2284.
3.王冬, 劉怡, 許驕陽(yáng)等. 創(chuàng)建釀酒酵母細(xì)胞工廠高效生產(chǎn)人參皂苷前體達(dá)瑪烯二醇Ⅱ. 藥學(xué)學(xué)報(bào)，2018，53: 1233.
4.SHI Y, WANG D, LI R, et al. Engineering yeast subcellular compartments for increased production of the lipophilic natural products ginsenosides. Metab Eng, 2021, 67: 104.
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