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华东理工大学这篇IF=47的Nature Biotechnology文章,引起学术界热议

论论资讯 | 2024-06-06 6029热度

Nature Biotechnology

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High-yield porphyrin production through metabolic engineering and biocatalysis

Chen Haihong; Wang Yaohong; Wang Weishan; Cao Ting; Zhang Lu; Wang Zhengduo; Chi Xuran; Shi Tong; Wang Huangwei; He Xinwei; Liang Mindong; Yang Mengxue; Jiang Wenyi; Lv Dongyuan; Yu Jiaming; Zhu Guoliang; Xie Yongtao; Gao Bei; Wang Xinye; Liu Xueting; Li Youyuan; Ouyang Limin; Zhang Jingyu; Liu Huimin; Li Zilong; Tong Yaojun; Xia Xuekui; Tan Gao-Yi; Zhang Lixin

Published:2024-06-05
DOI:10.1038/s41587-024-02267-3

研究背景

卟啉及其衍生物在医药、食品、能源和材料科学中具有广泛的应用。然而,传统的卟啉生产方法存在效率低下和成本高昂的问题,限制了其大规模应用。因此,开发一种高效、经济的卟啉生产方法成为当前研究的热点。

研究内容

本研究通过结合高效的细胞工厂——球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)与酶催化技术,成功实现了卟啉化合物的高产率生产。研究中,利用基于CRISPRi的全基因组筛选技术在R. sphaeroides中识别出hemN作为提高粪卟啉III(CPIII)产量的目标基因。进一步利用PrrA的磷酸化作用,通过分批补料发酵将生物活性CPIII的产量提高至16.5 g/L。随后,通过筛选和工程化高活性的金属螯合酶和粪卟啉脱羧酶,合成了包括血红素和抗癌药物锌卟啉在内的多种金属卟啉。在200升的中试规模发酵和建立CPIII纯化过程(纯度>95%)后,通过在5升生物反应器中的酶催化,CPIII的酶转化率分别达到63%和98%,产量分别达到10.8 g/L和21.3 g/L。

研究意义

本研究的创新之处在于开发了一种结合代谢工程和生物催化的高效卟啉生产策略,显著提高了卟啉化合物的产量和纯度。这一策略不仅解决了卟啉生产中的效率问题,还为工业和医药领域提供了高质量的卟啉原料,具有重大的工业应用价值和医学意义。此外,该方法的可扩展性和经济性为卟啉及其衍生物的商业化生产开辟了新的道路。 通过这项研究,我们不仅推动了卟啉化合物生产技术的发展,还为相关领域的研究和应用提供了强有力的支持。未来,这一技术有望在全球范围内推广,促进卟啉相关产品的广泛应用。

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