hyaline 合成生物学改变世界 Nature子刊盘点6大产品

2022-01-03 18:36

这是肠道行业的第483篇文章

合成生物学作为生物科学的一个分支，具有广阔的应用前景，是未来推动时代发展的重要技术手段之一。

近日，《自然通讯》发表了一篇展望合成生物学未来的文章。本文选取了六个最能体现合成生物技术快速发展和价值的产品。其中一些产品已经推出，一些将在2021年推出。其中，前三种产品由工程细胞或工程酶生产，后三种产品直接使用工程细胞作为产品。

在本文中，我们将在本文的基础上简要介绍这六种产品。

产品1:

不可思议的植物汉堡

也许你吃过各种汉堡，鸡肉，牛肉，甚至鳕鱼。但是你听说过血红素口味的汉堡吗？这听起来可能不可思议，但全世界有超过30，000家餐馆和15，000家杂货店供应这些汉堡。

来自不可能食品公司的科学家正在使用毕赤酵母生产大豆血红蛋白，并将其添加到植物汉堡中，以改善肉类的味道和风味。与牛肉汉堡相比，这种方法生产的蔬菜汉堡占用土地少，产生的温室气体少。

毫无疑问，合成技术促进了代谢工程的进步。目前，该技术已应用于食品添加剂生产、疫苗研发、农业病虫害防治等领域。未来，通过合成生物学和生物信息学的结合，我们将创造更多发酵友好的途径，实现更多物质的大规模生产。

产品2:

默克公司开发的糖尿病药物Januvia

Januvia是治疗糖尿病的常用药物，但仅通过化学反应很难制造这种药物，因为它需要重金属和高压环境。然而，使用合成生物方法，可以改善制造条件。

该技术主要基于节杆菌的选择性转氨酶。，并使用计算机工具设计方法“打开”新底物的结合位点，然后通过定向进化提高产量并达到纯度> 99.5。除了制造糖尿病药物之外，这种方法也适用于制造艾滋病毒抗病毒药物，即islatravir。

化学家们会羡慕这些由生物制造的分子。也许生物学是终极化学。也许，在未来，化学和生物化学的结合将对医药、消费品和农用化学品等各个领域产生革命性的影响。

产品3:

由齐默根制作的电子电影《透明人》

Zymergen用生物单体使聚酰亚胺透明膜透明。该系列薄膜清晰、柔韧、牢固，适用于折叠智能手机、可穿戴电子产品等柔性电子产品。相关产品预计将于2021年上市。

那么这些胶片是如何获得的呢？这种膜主要由工程生物生产的二胺单体制成。所涉及的工程生物是通过与一组机器人并行构建数百万个菌株，并通过不断的试错来优化它们而获得的。

生物材料已经存在很长时间了，但是通过基因工程来重新编码细胞、设计和制造新材料并不容易。然而，目前越来越多的生物材料正在出现。除了制造薄膜材料，合成技术还被成功用于生产石油产品的绿色替代品和光伏电池的纳米材料。

产品4:

Pivot Bio生产的生物氮肥PROVEN

氮肥作为提高作物产量的重要肥料，通常通过直接施用化学氮肥或采用生物固氮的方法使作物吸收氮素。但与化学氮肥相比，生物固氮优势更明显，更符合减少环境污染、温室效应等可持续发展目标。然而，对于玉米、小麦等谷类作物，生物固氮很难实现。

基于γ-变形菌，Pivot Bio公司首创了适用于玉米作物的生物氮肥。然而，在这个过程中出现了一个问题，即这种变形菌中含有的固氮基因在最需要的时候往往处于休眠状态。为了解决这个问题，科学家利用合成生物学技术“开启”固氮基因，重塑KV137基因组。

利用合成生物学技术编辑基因组，将工程菌引入生态系统的方法也可以应用到其他地方，如保护蜜蜂免受病虫害、防蚊防疟等。当然，我们也可能用工程益生菌给鸡接种疫苗。

产品5:

癌细胞疗法

工程化活细胞在医疗中的应用被认为是继生物制剂时代之后的“医学第三支柱”。

诺华研发的Kymriah是第一个获得FDA批准的细胞疗法。其原理是提取分离患者的T细胞并进行基因改造，将慢病毒导入患者的T细胞中，获得能够表达嵌合抗原受体的CAR-T细胞，然后再导入患者体内。

这些细胞可以在患者体内存活数年甚至数十年。这种细胞疗法可以将CD19抗原靶向癌细胞，复发或难治性疾病患者的缓解率可达83%。

然而，第一代CAR-T实际上是有缺陷的:靶向单一癌症抗原可能会产生脱靶毒性，如果抗原发生变异，治疗就会失败。因此，要保持这种细胞治疗的高效性，需要同时掌握“遗传回路”的设计和基因组编辑的方法，因为两者的有效结合可以保证CAR-T在时间和空上的活性。同时，这两项技术也是及时、准确控制活细胞活动的关键空。

目前，通过这两种技术正在建立更有效的CAR-T疗法。