Syno?C 引物合成
RNA合成
mRNA合成
Syno?GS 基因合成
載體構建
高通量及DNA文庫構建
CRISPR基因編輯平臺
病毒包裝
基因測序及分析
重組蛋白表達平臺
抗體工程平臺
多肽服務
生物信息學分析與設計
CRISPR文庫
ProXpress蛋白快速檢測
CRISPR 質粒
微生物細胞工廠示意圖
01
微生物細胞工廠的基礎概念
微生物細胞工廠是指經(jīng)過基因組工程或代謝工程改造的微生物菌株，通常是細菌或酵母等單細胞生物。它們在實驗室中經(jīng)過人工精確設計和改造，使其具備特定的功能或產生特定的產物?？茖W家們通過定制化設計微生物，使其成為高效的生產工具，應用于藥物生產、化學品合成、能源生產、環(huán)境修復等領域。
微生物細胞工廠示意圖
02
微生物細胞工廠構建全流程
構建微生物細胞工廠不僅可以提高生產效率，還可以降低生產成本，為工業(yè)生產帶來革命性的變革。以下是微生物細胞工廠構建的全流程：
1. 路線設計：根據(jù)期望獲得的功能或產物設計生產路線。
2. 底盤細胞選擇 ：確定需要改造的微生物，選擇一個性狀優(yōu)良的底盤細胞，也就是用于改造的宿主細胞。
3. 代謝途徑重建：通過設計、構建、驗證策略來設計代謝途徑。新興基因編輯、合成工具加速生產宿主中代謝途徑的構建。
4. 耐受性增強：對初次得到的菌種進行持續(xù)的篩選、優(yōu)化，通過理性或適應性實驗室進化 （Adaptive laboratory evolution ,ALE）來增強菌種的耐受性。
5. 代謝通量優(yōu)化：運用DNA測序、基因合成與組裝及基因編輯等技術加速代謝通量和代謝載量的優(yōu)化，使目標產品的生產效率最大化。
6. 發(fā)酵：發(fā)酵過程與菌種開發(fā)同步進行 提供數(shù)據(jù)反饋 。
7. 產品回收和純化：根據(jù)產品特點選擇合適的純化路徑，并且優(yōu)化純化條件。
8. 放大：根據(jù)回收和純化的數(shù)據(jù)對代謝通量進行反復優(yōu)化，以實現(xiàn)從實驗室規(guī)模到商業(yè)化生產的放大。
Systems Metabolic Engineering Strategies: Integrating Systems and Synthetic Biology with Metabolic Engineering
03
微生物細胞工廠構建的技術方法
微生物細胞工廠構建過程中涉及多種常用的技術方法，主要包括基因合成、基因編輯、代謝工程和蛋白工程等技術：
基因合成
基因合成技術可用于構建合成新的代謝通路、調控元件或功能模塊，為微生物的功能增強和新功能引入提供基礎。
基因編輯
利用CRISPR-Cas9、TALENs、ZFNs等基因組編輯工具，對微生物的基因組進行精準編輯，實現(xiàn)目標基因的敲入、敲除或修飾。可用于改變目標菌株的性狀、代謝途徑或生物學功能。
代謝工程
通過調控菌株的代謝途徑或代謝通路，可提高目標產物的產量、改變代謝產物的結構或選擇性合成特定代謝產物，從而實現(xiàn)對微生物的功能優(yōu)化和產物生產的調控。
蛋白工程
通過改變目標蛋白的結構或功能，以提高其活性、穩(wěn)定性或特異性，從而增強目標產物的合成能力。這涉及到蛋白質設計、蛋白結構預測、蛋白進化等技術。
高通量篩選
利用高通量的篩選方法，如微流控技術、高通量測序等，快速篩選和鑒定具有目標性狀的菌株。
系統(tǒng)生物學分析
利用系統(tǒng)生物學的方法，對微生物的代謝網(wǎng)絡和調控網(wǎng)絡進行建模和分析，揭示微生物工程改造的規(guī)律和原理。
構建微生物細胞工廠相關技術
這些技術方法相互結合，構成了微生物細胞工廠構建的核心技術體系，為微生物工程應用領域的發(fā)展提供了重要的技術支持。同時，隨著生物技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，還會涌現(xiàn)出更多新技術和方法，為微生物細胞工廠提供更多的可能。
04
微生物細胞工廠的應用領域
微生物細胞工廠在各個領域都有廣泛的實際應用，以下列舉了幾個典型的應用領域：
藥物生產：微生物細胞工廠可被用來生產各種藥物，如抗生素、生物素等，實現(xiàn)對目標藥物的高效合成，降低生產成本并提高產量和純度。
生物燃料生產：微生物細胞工廠可以將廉價的生物質原料轉化為高效的生物燃料，如生物柴油、生物乙醇等，有望解決傳統(tǒng)燃料資源的短缺和環(huán)境污染問題。
化學品合成：微生物細胞工廠可以實現(xiàn)對目標化學品的高效生產，如有機酸、氨基酸、醇類等，具有潛在的工業(yè)應用前景。
食品工業(yè)：微生物細胞工廠可以合成具有特定功能和營養(yǎng)價值的食品成分，如有機酸、醇類等，為食品工業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的途徑。
環(huán)境修復：微生物細胞工廠可以被用來處理污水、降解有機廢物等，有望解決環(huán)境污染和資源浪費等問題。
微生物細胞工廠在藥物生產、生物燃料生產、化學品合成、食品工業(yè)和環(huán)境修復等各個應用領域都有實際應用，為解決人類面臨的各種挑戰(zhàn)提供了新的解決方案，具有廣闊的應用前景和社會經(jīng)濟效益。
Synbio Technology
合成生物學賦能技術平臺
作為微生物細胞工廠構建領域的重要合作伙伴，泓迅生物擁有獨特的“GPS”平臺，為您提供基因“讀-寫-編”一體化服務。我們的Syno?GS基因合成平臺具備強大的長片段DNA組裝能力，可為您定制設計和合成復雜的代謝通路。優(yōu)秀的技術團隊為您提供專業(yè)的代謝通路設計與合成服務，高質量交付定制化的代謝通路與文庫，助力您在微生物細胞工廠構建領域取得突破性進展。
我們已在大腸桿菌細胞和酵母細胞中建立基因編輯系統(tǒng)并擁有豐富成功經(jīng)驗，為您提供高效率、低成本的菌種設計、構建和改造解決方案，助力生物制造產業(yè)化落地。
服務詳情
泓迅生物—案例分享
研究背景: 結腸炎是一種常見且具有挑戰(zhàn)性的胃腸道疾病。利用基因工程改變代謝途徑，使大腸桿菌能夠可持續(xù)地合成3-羥基丁酸（3-HB），成為治療結腸炎的有效策略。
研究目的：野生型大腸桿菌益生菌Nissle1917缺乏自主合成3-HB的能力，因此需要在其代謝途徑中進行精確的基因工程，以建立3-HB合成的新途徑。
結果展示: 在大腸桿菌中成功構建了3-羥基丁酸的合成途徑，并獲得了高表達的敲除菌株。
最終成功交付了滿足客戶要求的完美菌株。
References
[1] Choi KR, Jang WD, Yang D, Cho JS, Park D, Lee SY. Systems Metabolic Engineering Strategies: Integrating Systems and Synthetic Biology with Metabolic Engineering. Trends Biotechnol. 2019 Aug;37(8):817-837.
[2] Park, S.Y. et al. (2018) Metabolic engineering of microorganisms for the production of natural compounds. Adv. Biosyst. 2, 1700190.
[3] Rottinghaus AG, Amrofell MB, Moon TS. Biosensing in smart engineered probiotics. Biotechnol J. 2020;15:10.
[4] Hong KK, Nielsen J. Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae: a key cell factory platform for future biorefineries. Cell Mol Life Sci. 2012 Aug;69(16):2671-90.
[5] Tong, Y. et al. (2015) CRISPR-Cas9 based engineering of actinomycetal genomes. ACS Synth. Biol. 4, 1020–1029.
[6] Choi, K.R. et al. (2016) Systems metabolic engineering of Escherichia coli. EcoSal Plus 7, 1–56.
