科学家在大肠杆菌中实现维生素B12从头合成

中科院天津工业生物技术研究所研究员张大伟

带领蛋白表达系统与微生物代谢团队

成功在大肠杆菌中实现了维生素B12的从头合成

相关成果日前发表于《自然—通讯》杂志

维生素B12是一种含有金属钴的复杂有机分子

广泛应用在药品、饲料、食品和化妆品等领域

需求逐年上升，市场缺口日益突出

微生物发酵是获得维生素B12的现有方式

但发酵周期长、生产成本高

且工业生产菌种遗传改造困难

提高产量难度极大

利用合成生物学手段

从头设计组装维生素B12合成途径

在异源细胞中实现生物合成

具有重大的科学与技术创新价值

但维生素B12结构复杂、合成途径长、关键基因缺失

在异源细胞中操纵数十个基因

实现人工生物合成途径组装面临巨大挑战此次研究人员首先解析了

维生素B12好氧合成途径中

钴螯合与腺苷钴啉醇酰胺磷酸的合成机理

然后将维生素B12合成途径划分成5个模块

采用“自下而上”的策略将来源于5种细菌的28个基因

在大肠杆菌细胞中成功组装、调控

解决了多基因的适配机制问题

形成集成不同来源基因组装出的从头设计人工途径

最终实现了维生素B12的从头合成

据了解

合成菌种的发酵周期仅为目前工业生产菌株的1/10

有望成为新一代维生素B12工业菌株

该研究不仅填补了维生素B12生物合成途径的缺口

而且成功实现了几十个基因在底盘细胞中有序的功能表达与调控

展示了模式菌株在异源复杂天然产物合成方面具有的巨大潜力

将为更多的复杂天然产物异源生物合成研究提供启发