2024年4月19日-20日，第一届Green Carbon青年编委会生物方向研讨会暨“合成生物技术与绿色生物制造——高版本底盘工程”学术沙龙在青岛召开。复旦大学吕红教授应邀出席并作题为“马克斯克鲁维酵母底盘细胞与重组蛋白表达”的特邀报告。

马克斯克鲁维酵母底盘细胞与重组蛋白表达

 背景介绍 

微生物细胞工厂是生物制造业的“芯片”，可以将糖、无机盐等简单原料转化为生物酶、疫苗蛋白、维生素、氨基酸等大健康产品。马克斯克鲁维酵母作为食品安全级菌株，是重组蛋白制造的重要底盘。设计构建可调控、可实用、可预测、可再造的高版本底盘细胞，合成功能性、资源性、难获得的重组蛋白产品并提升经济性，是工业生物技术产业发展所需。在本次特邀报告中，吕红教授系统地介绍了研究组设计构建马克斯克鲁维酵母重组蛋白表达系统并提升重组蛋白产量的研究策略与思路，介绍了马克斯克鲁维酵母遗传操作的系列使能技术，包括人工染色体技术、染色体接口技术、染色体重排技术等。通过引入异源酵母的优势途径以及大范围改变马克斯克鲁维酵母遗传物质等染色体工程的策略，设计构建了高版本底盘细胞，实现了不同类型重组蛋白的高产。

吕红教授在“合成生物技术与绿色生物制造——高版本底盘工程”学术沙龙上作特邀报告

 报告内容 

马克斯克鲁维酵母作为高版本底盘细胞

马克斯克鲁维酵母被美国FDA和欧盟认证为食品安全级菌株，也是中国卫计委认证的新食品原料，已有的研究表明，马克斯克鲁维酵母斯具有广泛的工业应用潜力。通过合成生物学技术，马克斯克鲁维酵母及其产品可广泛应用于饲料添加、动物疫苗、食品保健、美容化妆、果酒饮料、生物医药等领域。

吕红教授团队从牦牛酸奶中分离得到一株马克斯克鲁维酵母，与一般酵母相比其呼吸和能量供给强，在已知真核生物中生长最快。并且其拥有生长温度范围广、生物量高、高密度发酵等特点，这些特点使马克斯克鲁维酵母非常适合工业应用。在利用马克斯克鲁维酵母进行重组蛋白表达的过程中，研究团队利用来自马克斯克鲁维酵母本身的元件构建了多套重组蛋白胞内表达载体和分泌载体，从遗传物质的角度保障其安全性。

升级高产重组蛋白的马克斯克鲁维酵母底盘

表达元件优化和增加促表达因子是提高重组蛋白产量常用策略。吕红教授团队通过UPR筛选鉴定了44个促表达因子，鉴定了不同水平的启动子库和不同的分泌信号肽，构建了马克斯克鲁维酵母蛋白质表达的元件库。元件含有通用接口，可以在酵母中自由组合，实现即插即用。

吕红教授团队通过染色体大片段的重排提高遗传多样性，通过抗氧化压力筛选获得重组蛋白高产的菌株；重组蛋白高产分子机制研究发现，染色体重排后依然可以稳定遗传；酵母染色体重排改变了原有基因的表达水平，引起了酵母全局变化，更有利于蛋白的合成所需要的能量和原料。

吕红教授团队还建立了适配马克斯克鲁维酵母的人工染色体和染色体接口等使能技术。通过研究，比较分析了不同端粒以及环状或者线性染色体的稳定性以及对蛋白表达的影响，获得能在马克斯克鲁维酵母中稳定工作的人工染色体的最佳方案。通过引入不同酵母的促进蛋白表达的优势途径，设计底盘细胞，提升了马克斯克鲁维酵母重组蛋白表达的水平。

提高马克斯克鲁维酵母重组蛋白表达

根据毕赤酵母蛋白产量高、分泌能力强的特点，吕红教授团队利用人工染色体，将毕赤酵母二硫键异构途径引入马克斯克鲁维酵母，使糖化酶蛋白表达量提升到16.8 g/L，阿魏酸酯酶、甘露聚糖酶的表达均超过了10.0 g/L。通过引入血红素合成途径，并敲除马克斯克鲁维酵母中血红素合成抑制相关的基因，将血红素含量提升了14倍，使豆血红蛋白产量达到了7.2 g/L。通过引入解脂耶氏酵母来源的磷酸戊糖途径，提升了Ace-CoA和ATP，为纳米颗粒蛋白的高产与自组装提供了更好的氧化还原环境和物质能量基础，铁蛋白纳米颗粒产量11.0 g/L，并制备了病毒样的纳米颗粒疫苗。

马克斯克鲁维酵母数字细胞的构建

为高效设计高版本底盘细胞，吕红教授带领研究团队开始了马克斯克鲁维酵母数字细胞的构建研究。通过整合60多万篇酵母相关研究论文、几十个网上数据库、以及马克斯克鲁维酵母特有的多组学数据等资源，利用AIGC（生成式人工智能）平台和大语言模型，构建酵母知识库和知识图谱，已经构建的酵母知识图谱包含22种节点类型、33种关系类型，覆盖了大部分生物学实体和关系，共含有节点100072个，关系263519条，并且节点具有物种的属性，可以方便生成具体物种的知识图谱。构建的客户端可以通过AI进行知识问答，查询酵母的知识图谱等。

专家介绍

吕红 教授

吕红，复旦大学生科院遗传学专业特聘教授、博士生导师，遗传工程国家重点实验室PI，复旦大学上海工业菌株工程技术研究中心主任，国家重点研发项目首席。长期从事马克斯克鲁维酵母合成生物及其重组蛋白高产的分子遗传研究。研发了蛋白高产的马克斯克鲁维酵母细胞工厂，高效制备了食品酶、食品蛋白、病毒颗粒样疫苗、纳米颗粒等多种类型的重组蛋白，食品安全级，拥有自主知识产权。实现了23项/次专利技术的许可转化，获得了新兽药临床批件1项，中国农业农村部颁发的马克斯克鲁维酵母新型饲料添加剂的新产品证书1项。

 原文链接 

吕红教授与Green Carbon丨马克斯克鲁维酵母底盘细胞与重组蛋白表达

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