合成生物学与天然产物开发

天然产物依然是临床用药的重要来源。合成生物学的诞生为天然产物的开发提供了全新的机遇,传统的微生物药物、植物天然产物等研究领域都因合成生物学而获得新生。重点介绍了合成生物学在天然产物开发中的应用,包括新化合物及其生物合成元件的筛选,基于理性设计的天然产物异源生物合成,人工底盘细胞的系统优化等。     

天然产物类药物的合成生物学研究

结构复杂多样的天然产物是现代药物的重要组成部分和新药发现的重要源泉。建立在基因工程及代谢工程、合成化学、基因组学、系统生物学等学科基础上的合成生物学研究对于结构复杂的天然产物类药物研究有特殊的意义。核心是通过在发酵友好、高效的微生物中设计、构建目标化合物的生物合成途径,经系统地调控和优化由重组微生物发酵生产来源稀缺的天然产物类药物或前体。该方法是不远的将来解决来源、成本与环境、资源协调问题最好的途径之一,也是解决海洋天然产物或特殊生境微生物药物面临的如何持续供应化合物这一个瓶颈问题的最佳选择。该文将对天然产物类药物合成生物学研究涉及的主要策略和重要进展进行阐述。     

芳香类天然产物的合成生物学研究进展

植物芳香类天然产物具有重要的药用价值,可制成具有抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、杀虫驱虫、祛痰止咳、安神镇静和抗肿瘤等药效的医药保健用品.然而,由于植物中芳香类天然产物含量较低并且难以提取和纯化,严重限制了其工业化生产及应用.合成生物学和代谢工程技术的发展为天然产物的生产提供了新的思路,可以利用人工微生物细胞工厂来实现多种芳...     

合成生物学在天然产物研究中的应用

天然产物作为临床用药的重要组成部分和新药发现的重要来源,已经成为医药领域不可或缺的成员之一。但是传统的天然产物筛选方法在一定程度上制约了新型天然产物的开发,鉴别与改造天然产物的生物合成路径为全新天然产物的发现提供了思路。近年来,生物信息学和合成生物学技术的蓬勃发展为天然产物的探索与改造带来了新的曙光。归纳总结了合成生物学技术相关的基因重组策略和基因簇调控方法,并讨论了其在天然产物研究中的应用及存在的问题。     

植物来源药用天然产物的合成生物学研究进展

大多数药用天然产物在植物中含量低微,提取分离困难;而且这些化合物一般结构复杂,化学合成难度大,还容易造成环境污染.基于合成生物学技术获得药用天然产物具有绿色环保和可持续发展等优点.文中以药用萜类化合物人参皂苷、紫杉醇、青蒿素、丹参酮,生物碱类化合物长春新碱、吗啡以及黄酮类化合物灯盏花素为例,总结了植物来源药用萜类、生物...     

合成生物学助力天然产物的高效合成及创新发现

天然产物是候选药物以及药物先导化合物的重要来源,但传统的天然产物生产方式及新天然产物发现的速度和数量日益无法满足社会的巨大需求.随着合成生物学各方面技术的发展,合成生物学在天然产物高产和发现两个领域上的新策略、新方法、新应用应运而生,尤其在复杂天然产物的高效生物全合成、天然产物复杂前体结构的化学半合成、沉默天然产物的高...     

天然产物生物合成与抗肿瘤药物合成生物学研究

结构复杂多样的天然产物是现代药物的重要组成部分和新药发现的重要源泉.天然产物的生物合成研究,是从基因和蛋白水平阐明天然产物的合成途径,通过酶催化的化学反应将基因与化合物的结构单元建立一种对应关系,从而理解自然界神奇的化学合成、生物拮抗及生理调控过程.天然产物的合成生物学研究核心是通过在发酵友好、高效的微生物中设计、构建目标化合物的生物合成途径,经系统地调控和优化重组微生物,从而发酵生产来源稀缺的天然产物类药物、前体或新化合物.本文结合相关领域的进展,对本研究组近年来关于抗肿瘤天然产物生物合成及抗癌药物合成生物学的工作进行系统的介绍.     

植物底盘:天然产物合成生物学研究的新热点

天然产物广泛地存在于植物体内,是药物、食品添加剂和新型生物燃料等开发的主要来源,具有重要的商业价值,该类化合物也一直是合成生物学研究的热点之一。随着研究的深入,近年来以植物为底盘的天然产物研究日益兴起。本文中,笔者综述了近年来以植物为底盘的天然产物合成生物学研究的进展,包括该类代谢物代谢途径的解析、以植物为底盘的遗传操作技术和方法等,为相关研究者提供参考。     

非常规酵母天然产物合成

以解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)、巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)、圆红冬孢酵母(Rhodosporidium toruloides)、多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)为代表的非常规酵母凭借较广的底物利用谱、较强的环境耐受性等优势,已成功实现多种天然产物的高效生产。随着合成生物学及基因编辑技术的发展,针对非常规酵母代谢工程改造的工具和策略也逐渐丰富。本文介绍了几类常见的非常规酵母的生理特性、工具开发及应用现状,并总结归纳了天然产物合成优化中常用的代谢工程策略;最后讨论了现阶段非常规酵母作为天然产物合成细胞工厂的优势和不足,并对后续研究和发展趋势进行了展望。     

天然产物(+)-Balasubramide的合成

以肉桂醛为起始原料,经一锅法不对称环氧化、酯胺缩合和分子内环合三步反应,不对称合成天然产物(+)-balasubramide,总收率为44%,ee值为99%。其结构经1H NMR、13C NMR、HR-MS和IR确证。本化学合成方法简单,产率较高,为进一步研究该天然产物的生物活性及构效关系奠定一定基础。     

基因组学技术解码天然产物合成

天然产物一直以来都是新药发现的重要来源。自20世纪末以来,随着组学技术的不断发展,许多生物的基因组被破译并解析,发现基因组中潜藏着众多未知的天然产物生物合成基因簇,而这些基因簇在实验室生长条件下无法表达或低表达。因此,需要综合运用多种学科深入挖掘生物中潜藏的具有新型结构和生物活性的天然产物,使其广泛应用于人类的生产生活。文中将从天然产物合成基因簇的挖掘、“沉默”天然产物合成途径的激活和生物底盘构建3个方面简述基因组学技术在天然产物挖掘中的研究进展。     

天然药物研究中的合成生物学

天然产物一直是药物分子设计和开发过程中的重要灵感来源之一,源自天然产物的临床用药目前也占据着难以替代的地位.但是大多数天然来源的药物分子结构复杂、分离困难,利用传统的合成化学和天然产物化学方法难以满足日益增长的市场需求.天然产物在其产生物种中一定对应着一个由若干功能各异的基因元件所构成的生物合成基因群,或成簇分布或离散分布.合成生物学则旨在通过对不同基因元件的改造、组合、拼装而得到新的生物途径和体系.本文主要将针对合成生物学在天然药物研究中的应用进行总结和展望,并从基因元件以及合成生物学的角度重新认识和理解天然产物的生物合成.     

植物天然产物微生物重组合成研究进展

植物天然产物是小分子药物、营养品、化妆品、香精香料等的主要来源之一,在国民经济中发挥重要的作用。目前植物天然产物主要依赖于植物提取,这种生产方式占用耕地、生长周期长,而且植物活性成分往往含量低、生产成本高。通过解析植物天然产物生物合成途径,在微生物细胞中重构,创建细胞工厂,实现利用可再生原料发酵合成,为植物天然产物的供给提供了新的路线。本文重点介绍了中国科学院天津工业生物技术研究所在萜类、黄酮类、苯丙素类等重要类型植物天然产物微生物重组合成方面的研究进展,简要探讨了当前研究面临的挑战及未来前景。     

非常规酵母细胞工厂合成天然产物

天然产物在医药、美容、食品等行业具有重要的应用,随着人们需求的增加,迫切需要绿色可持续的生产过程.近年来,微生物细胞工厂合成天然产物发展迅速,目前常用的细胞工厂宿主包括大肠杆菌和酿酒酵母.与此同时,非常规酵母因其性状独特,如高密度有氧发酵、耐受温度和pH范围广,底物谱广泛(长链糖、脂肪酸、甲醇等),逐渐成为极具潜力的细...     

Carnosic acid类天然产物的合成研究进展

本文对Ｃａｒｎｏｓｉｃ ａｃｉｄ类天然产物的合成进行了综述。     

天然产物(+)-Balasubramide的合成北大核心CSCD

以肉桂醛为起始原料,经一锅法不对称环氧化、酯胺缩合和分子内环合三步反应,不对称合成天然产物(+)-balasubramide,总收率为44%,ee值为>99%。其结构经1H NMR、13C NMR、HR-MS和IR确证。本化学合成方法简单,产率较高,为进一步研究该天然产物的生物活性及构效关系奠定一定基础。     

微藻中的高附加值天然产物与挖掘策略

微藻是一类单细胞的光合自养真核生物,因为生长速度快,油脂含量高,对土地和水资源的要求宽松而被认为是下一代的液体燃料来源。此外,微藻还能够生产多种多样的天然化合物,包括微藻多糖、长链不饱和脂肪酸、色素和生物碱等。与植物中丰富的生物碱研究相比,对微藻中生物碱的研究仍处于起步阶段。微藻中的许多天然产物,通常具有多样性的生物活性,可以作为食品添加剂、营养保健品乃至医药,具有较高的经济价值。本文将简要介绍微藻产生的几类高附加值产品,并就微藻中高附加值天然产物的挖掘策略与规模化培养做简要的探讨。     

构建高质量微生物天然产物库研究策略

微生物次级代谢产物历来是天然药物的重要来源,过去曾被称为"生物沙漠"的海洋,由于从中分离到大量新的微生物、基因及生物活性化合物,被重新认识逆转而成为一种"生物多样化的热带雨林".构建一个高质量微生物库及其天然产物库是保证药物和其他筛选成功的前提和关键.但如何高效建立高质量微生物天然产物库仍面临很多瓶颈问题.我们拟从:(1)扩大可培养微生物的多样性及去重复化;(2)扩大基因资源多样性及去重复化;(3)扩大微生物次级代谢产物多样性及去重复化;(4)寻找崭新次级代谢产物的新技术新方法,特别是针对多靶位药物的高通量互动筛选方面提出应对的研究策略.利用上述化学微生物学策略分离生物活性化合物不仅在生物技术和制药学应用中显现重要性,也增加了我们对微生物的多样性、生态系统功能和应用生物学的理解.     

天然产物的生物转化

本文按反应类型综述了近五年来天然产物生物转化的研究进展,并对生物技术干预下的生物转化作了简要介绍.     

复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建

天然产物是人类疾病预防和治疗药物的最重要来源。合成生物学技术的蓬勃发展为天然产物的开发注入了全新的活力。文中重点介绍了如何利用合成生物技术进行复杂天然产物合成人工生物系统的设计与构建,包括与此相关的生物元件理性设计、生物元件挖掘、途径装配与集成,模块的组装与系统的适配等内容。