综述与观点

化学品的生产

1. Trends Biotechnol. 2019 Nov 11. pii: S0167-7799(19)30244-6. doi: 10.1016/j.tibtech.2019.10.006.

合成生物学和用于改进PHA代谢工程的基因组编辑工具。（Synthetic Biology and Genome-Editing Tools for Improving PHA Metabolic Engineering. ）

Zhang X(1), Lin Y(1), Wu Q(1), Wang Y(2), Chen GQ(3).

聚羟基烷酸酯(PHAs)是由多种天然或工程菌合成的一类生物多聚物。合成生物学和DNA编辑方法已被用来设计细胞以更有效地生产PHA。近年来，合成生物学在促进PHA生物合成方面的研究进展包括：核糖体结合位点优化、启动子工程、染色体整合、细胞形态工程、细胞生长行为重组和下游处理等。更重要的是，基因编辑工具CRISPR/Cas9已被应用于优化PHA合成通路，调节PHA合成相关的代谢通量，并控制细胞形状模式生物，如大肠杆菌，和非模式生物，比如盐单胞菌。这些合成生物学方法和基因组编辑工具有助于控制PHA的分子量和组成，增强PHA积累，便于后续处理。

小编一句话点评：一篇关于PHA增产的合成生物学和基因组编辑策略文章。

2. Biotechnol Adv. 2019 Nov 4:107467. doi: 10.1016/j.biotechadv.2019.107467.

为基于甲醇的生物制造工程改造非天然的甲基营养细胞工厂：挑战与机遇。（Engineering unnatural methylotrophic cell factories for methanol-based biomanufacturing: Challenges and opportunities.）

Zhu T(1), Zhao T(2), Bankefa OE(3), Li Y(4).

甲醇是一种很有前景的生物制造原料，可以替代以糖为基础的原材料，因为它不与食品生产相竞争，而且储量丰富，在未来具有潜在的可持续性。尽管甲基营养型发酵已经进行了数十年，但其应用受到技术缺陷以及对天然甲基营养型的生理学和代谢调节的了解不足而受到限制。合成生物学通过使非甲基营养型模型生物通过引入C1利用途径来利用甲醇，为工程高效的甲基营养型微生物细胞工厂提供了巨大的机会。这篇综述评论了C1代谢，重点是根据生物制造来比较不同的甲醇利用途径，并重点介绍了合成甲基营养生物工程的最新进展。最重要的是，还详细讨论工程过程中的独特挑战以及可能的解决方案。

小编一句话点评：一篇关于甲醇作为微生物发酵原料的综述，并且将不利用甲醇的微生物改造成甲醇利用的微生物来发酵。

3. Curr Opin Biotechnol. 2019 Nov 9;64:62-69. doi: 10.1016/j.copbio.2019.10.003. 

系统生物学在开发非模式蓝细菌中作为化学品生产宿主的作用。（The role of systems biology in developing non-model cyanobacteria as hosts for chemical production. ）

Mukherjee B(1), Madhu S(2), Wangikar PP(3).

蓝细菌是一组光合原核生物，可以进行工程设计以将二氧化碳直接转化为增值产品。尽管二十年来在这些光自养生物的代谢工程方面取得了进展，但报道的产量低于商业化所需的产量。尽管大部分工作都是使用少数几种蓝细菌模型进行的，但新的快速生长且鲁棒的蓝细菌菌株可能提供显著的生产力改善。现在的重点是分离和发展蓝细菌，可以作为工业菌株用于生产各种化学品。系统级的表征、合成生物学工具的开发和光合效率的提高将是宿主工程工作的一个组成部分。模式蓝细菌的知识库和新菌株的系统生物学数据将为蓝细菌新宿主的开发提供基础。

小编一句话点评：蓝细菌是一大类光合原核生物，种类繁多；而目前仅仅在少数模式蓝细菌中进行研究或作为化学品生产的宿主；将来新蓝细菌宿主的开发将非常有必要。

4. Trends Biotechnol. 2019 Nov 9. pii: S0167-7799(19)30250-1. doi: 10.1016/j.tibtech.2019.10.009.

在生物膜上的合成蛋白支架。（Synthetic Protein Scaffolding at Biological Membranes. ）

Behrendorff JBYH(1), Borràs-Gas G(1), Pribil M(2).

蛋白质支架是蛋白质通过特定的蛋白质-蛋白质相互作用而共域形成大分子复合物的一种自然现象。在代谢酶方面，蛋白支架通过共域酶活性位点，通过特定的途径驱动（提高）代谢通量。合成蛋白支架作为一种提高产品特异性和产量的机制在代谢工程项目中得到越来越多的应用。迄今为止，合成支架主要集中在可溶性酶系统，但许多高价值的次生代谢物的代谢途径依赖于膜结合酶。生物膜的组成多样性和与修饰膜蛋白相关的一般挑战使需要膜的酶的支架复杂化。最近的几项研究展示了膜表面蛋白支架的新方法，在提高特定代谢途径的产量方面取得了显著的成功。

小编一句话点评：支架，或者更形象的叫挂东西的脚手架，使得一连串代谢途径的酶聚在一块儿，提高反应效率；小编做过一点可溶性蛋白支架的东西，这里的膜表面支架确实有进一步应用的潜力。

5. Front Microbiol. 2019 Nov 5;10:2467. doi: 10.3389/fmicb.2019.02467. eCollection 2019.

优化放线菌中生物活性天然产物的合成生物学方法的最新进展。（Recent Advances in Synthetic Biology Approaches to Optimize Production of Bioactive Natural Products in Actinobacteria.）

Li L(1), Liu X(1)(2), Jiang W(1)(3), Lu Y(4).

放线菌是发现和开发具有药用和工业重要性的天然产物的最丰富的来源之一。然而，放线菌天然产物的生产滴度通常较低，需要优化化合物表征和/或工业生产。近年来，各种新型的工程放线菌培养技术得到开发，极大地促进了天然产物生物合成的优化。在这篇综述中，我们总结了合成生物学方法的最新进展，这些方法用于大量生产所需药物，以及在放线菌中发现新的天然产物，包括基于代谢物反应性启动子或生物传感器的动态代谢调节，靶标的多拷贝染色体整合生物合成基因簇（BGC），启动子工程介导的合理BGC重构以及基因组最小化链霉菌宿主的构建。这些新的使能技术与先前开发的代谢工程策略集成在一起，有望在未来几年内促进工业菌株改良过程和基因组挖掘研究。

小编一句话点评：同学兼好友的新综述，提高放线菌来源的天然产物产量的各种策略。

天然产物的发现

6. Curr Opin Microbiol. 2019 Nov 15;51:81-87. doi: 10.1016/j.mib.2019.10.012.

天然产物的发现和开发新抗生素的潜力。（Natural products discovery and potential for new antibiotics.）

Genilloud O(1).

微生物的天然产物是发现潜在的新抗生素的最重要来源之一。然而，新发现的化学骨架数量的减少和旧已知分子的重新发现问题，已经成为一个限制。相比之下，在关键病原体中出现的多药耐药现象仍在继续，而解决大多数难以治疗的感染的开发中缺乏新的抗生素又使这一问题更加复杂。基因组挖掘的进展已证实生物合成基因簇(BGCs)在大多数微生物源中的丰富存在，这表明一种未被开发的化学多样性正在等待着被发现。新的基因组工程和合成生物学工具的发展，以及比较基因组学方法的实施，正促进以提供新的抗生素化学类为目标的新的综合培养策略和基因组学驱动方法的发展。

小编一句话点评：新抗生素的发现早已过了巅峰时期，是不是新的基因组挖掘和高通量筛选的方法可以迎来又一波新抗生素发现浪潮？

合成生物学与农业

7. Nat Plants. 2019 Nov 18. doi: 10.1038/s41477-019-0539-0. doi: 10.1038/s41477-019-0539-0.

用合成生物学革新农业。（Revolutionizing agriculture with synthetic biology. ）

合成生物学有机会改变农业。面对食品、燃料和化学品生产的巨大挑战，赋予合成生物学这样的机会至关重要——尽管这需要观念、培训和基础设施投资方面的转变。在这里，我们评估农业合成生物学的机会和消除实现它们的障碍的方法。

农业和生物工程必须养活日益增长的全球人口，并为绿色工业发展生物质衍生的原料，并且必须在面对重大气候变化的同时可持续和快速（到2050年）。合成生物学的新兴领域（SynBio）可以在应对这些复杂挑战中发挥重要作用。 SynBio的颠覆性概念和技术可以使植物科学家在第二次“绿色革命”（Green Revolution）中重新构想食品和生物材料。

对于当今的植物科学家来说，SynBio似乎有些陌生，因为它在概念上处理了自然进化尚未探索的“设计空间”、“不存在的生物”，并以包括抽象，模块化，标准化。因此，要抓住SynBio的潜力，就需要在基础架构方面进行重大转变，以及如何确定研究重点。为了评估SynBio的机会及其推动另一场绿色革命所需的资源，于2018年底在冷泉港实验室举行了班伯里中心会议（“用合成生物学革命化农业”）。会议探讨了（1）定向进化，新陈代谢途径的彻底（重新）设计，新颖的遗传电路和独特的植物结构来改造作物的潜力； （2）对SynBio支持的“通过设计实现农业可持续性”； （3）优先考虑现在为实现这一愿景必须要做的事情。

小编一句话点评：合成生物学在农业技术方面也将大放异彩。

合成生物学与医疗

8. Trends Cancer. 2019 Oct;5(10):583-592. doi: 10.1016/j.trecan.2019.09.005. Epub 2019 Oct 19.

为CAR铺平道路。（Paving New Roads for CARs.）

Hyrenius-Wittsten A(1), Roybal KT(2).

嵌合抗原受体(CAR)-T细胞治疗在血液病恶性肿瘤的治疗中发挥了前所未有的作用，但治疗的选择却很少。很明显，增强CAR-T细胞在实体肿瘤中的功能的新策略需要使这些活性药物广泛应用。实体肿瘤的障碍导致了通过先进的受体设计、新的肿瘤感知机制、改善T细胞功能或刺激肿瘤免疫的基因的共表达以及精确的基因组编辑来增强CAR-T细胞的策略的发展。在这里，我们提供了一个CAT- T细胞工程的当前状态的概述，并为发展下一代免疫细胞治疗与合成生物学的框架。

小编一句话点评：一篇关于CAR-T治疗的综述，对，一个很牛逼的很有前景的疗法。

最新进展

生物材料

9. Nat Commun. 2019 Nov 4;10(1):5018. doi: 10.1038/s41467-019-12639-y.

用DNA构建的合成蛋白传导性膜纳米孔。（Synthetic protein-conductive membrane nanopores built with DNA. ）

Diederichs T(1), Pugh G(2), Dorey A(2), Xing Y(2), Burns JR(2), Hung Nguyen Q(3), Tornow M(3)(4)(5), Tampé R(6), Howorka S(7).

纳米孔是便携式测序和研究的关键，因为它们能够通过狭窄的跨膜通道运输细长的DNA或小的生物活性分子。折叠蛋白的运输也会带来类似的科技效益。然而，由于缺乏广泛和结构明确的天然孔隙，这一点尚未实现。在这里，通过DNA纳米技术设计的合成纳米孔可以容纳折叠的蛋白质。利用带有透明绝缘体上硅空腔芯片的大规模并行光学读出和电子记录，对荧光蛋白通过单个孔隙的传输进行了动力学分析，从而揭示出电驱动的移动速度至少提高了20倍。这些微孔可以被用于利用便携式分析技术检测相关蛋白，为药物传递创造分子通道，或构建合成细胞。

小编一句话总结：人们对DNA的设计和应用越来越炉火纯青了，DNA可以作为各种有用的纳米新材料，而这里是膜纳米孔。

基因线路

10. Nat Chem Biol. 2019 Nov 4. doi: 10.1038/s41589-019-0388-1.

从头设计的用于多输入单元逻辑的转录抑制核糖调节子。（De novo-designed translation-repressing riboregulators for multi-input cellular logic. ）

Kim J(1)(2), Zhou Y(3)(4), Carlson PD(5)(6), Teichmann M(7), Chaudhary S(3)(4), Simmel FC(7)(8), Silver PA(1)(9), Collins JJ(1)(10)(11), Lucks JB(6)(12), Yin P(13)(14), Green AA(15)(16).

构建功能更复杂的合成生物线路的努力常常受到特殊行为、有限的动态范围和串扰的阻碍。在这里，我们使用新的RNA设计来开发两个具有传感和逻辑能力的高性能翻译阻遏物。这些被称为toehold抑制子和三向连接抑制子(3WJ)的合成核调控子，可以检测几乎任意序列的转录本，抑制多达300倍的基因表达，产生最多15个设备的正交集。利用前向自动化工程技术，提高了toehold抑制因子的动态范围，并利用SHAPE-Seq法确定了3WJ抑制因子在活细胞中的切换机制。我们将模块化的抑制因子集成到执行通用NAND和NOR逻辑的生物电路中，并对大肠杆菌中的四个输入表达式NOT ((A1和A2)或(B1和B2)进行评估。这些功能使toehold和3WJ阻遏物成为生物技术应用的新工具。

小编一句话点评：toehold和3WJ的高级升级版，进一步提升了未来的应用。

11. Nat Commun. 2019 Nov 7;10(1):5079. doi: 10.1038/s41467-019-13137-x.

适配体开关的热力学和动力学特性的独立控制。（Independent control of the thermodynamic and kinetic properties of aptamer switches. ）

Wilson BD(1), Hariri AA(2), Thompson IAP(2), Eisenstein M(2)(3), Soh HT(4)(5)(6).

在靶标结合时改变其构象的分子开关为生物技术和合成生物学提供强大的功能工具。适体可用作分子开关，因为它们具有出色的结合性能，可逆折叠，并可被工程化为许多纳米结构。不幸的是，迄今为止开发的适体开关的热力学和动力学性质本质上是耦合的，使得仅以较低的灵敏度或较高的背景为代价才能获得高的时间分辨率。在这里，我们描述一种设计策略，该策略解耦并实现对适体开关的热力学和动力学的独立控制。从单个适体开始，我们创建了一系列适体开关，其有效解离常数范围为10μm至40μmM，结合动力学范围为170μms至3μs。我们的策略广泛适用于其他适体，从而能够开发适用于多种生物技术应用的开关。

小编一句话点评：适配体开关设计的新策略，看上去很实用。

12. ACS Synth Biol. 2019 Nov 25. doi: 10.1021/acssynbio.9b00343.

用于哺乳动物合成生物学的正交蛋白响应mRNA开关。（Orthogonal protein-responsive mRNA switches for mammalian synthetic biology. ）

Ono H, Kawasaki S, Saito H.

缺乏可用的基因模块是哺乳动物合成生物学的一个基本问题。特别是用于翻译控制的基因元件种类有限。在这里，一组新的合成的基于mRNA的翻译开关，它们通过工程化RNA结合蛋白(RBPs)和RNA结合基序(aptamers)来进行强烈的翻译抑制。我们用RNA支架重新设计了RNA基序，提高了抑制RBPs的效率。利用新的和以前报道的mRNA开关，我们证明了在5个不同的RBP响应开关之间可以确保调节的正交性。此外，新的开关功能需质粒的引入和RNA传递，这提供了一个瞬态和更安全的表达调控。利用RNA -蛋白质相互作用的翻译调控因子为构建复杂的基因线路提供了一种替代策略，用于未来的细胞工程和治疗。

小编一句话点评：用于哺乳动物合成生物学的正交蛋白响应mRNA开关。

非天然

13. Nat Commun. 2019 Nov 8;10(1):5097. doi: 10.1038/s41467-019-12916-w.

用核酶扩大遗传密码的限制。（Expanding the limits of the second genetic code with ribozymes.）

Lee J(1), Schwieter KE(2), Watkins AM(3), Kim DS(1), Yu H(4), Schwarz KJ(2), Lim J(5), Coronado J(5), Byrom M(6), Anslyn EV(5), Ellington AD(6), Moore JS(7)(8), Jewett MC(9).

通过基因编码重编程将非标准单体结合到多肽中的位点特异性允许合成超出自然限制的生物基产品。为了更好地实现这一目标，flexizymes(转移RNA (tRNA)类合成酶，可识别合成的离去基团)已用于扩大核糖体定向聚合的化学底物范围。柔性化催化酰化设计规则的开发可扩展和合理的遗传代码重编程扩展。本文报道了4种不同的化学支架材料(苯丙氨酸、苯甲酸、异芳族和脂肪族单体)在不同的电子和空间因子作用下，对37种底物的系统合成。在这些底物中，32个被酰化到tRNA上，并通过体外翻译合成肽。根据这个扩展字母表的设计规则，我们成功地预测了6个额外的单体的酰化作用，这些单体可以被独特地结合到肽段中，并且在正交的生物偶联反应中，醛基可以直接N端结合。

小编一句话点评：一篇关于新的37种遗传密码拓展的文章。

化学品生产

14. Metab Eng. 2019 Nov 8. pii: S1096-7176(19)30373-8. doi: 10.1016/j.ymben.2019.11.001.

酵母过氧化物酶体：动态储存仓库和亚细胞工厂，用于生产角鲨烯。（The yeast peroxisome: A dynamic storage depot and subcellular factory for squalene overproduction.）

Liu GS(1), Li T(1), Zhou W(1), Jiang M(1), Tao XY(1), Liu M(1), Zhao M(1), Ren YH(1), Gao B(2), Wang FQ(3), Wei DZ(4).

利用微生物工程从可再生原料中生产萜烯是替代传统生产方法的一个有前途的选择。一般来说，萜烯类化合物不易被微生物细胞分泌，其在细胞内的分布也比较模糊，并且由于储存的限制，往往成为限制萜烯类化合物过量生产的因素。在这里，我们确定了在酿酒酵母细胞质中过量产生的角鲨烯是以类似油滴的形式分布的。有趣的是，这些可疑的油滴被证实是随着角鲨烯的产生而膨胀的过氧化物酶体，这表明啤酒酵母中的过氧化物酶体是储存角鲨烯的动态仓库。针对这一点,利用过氧化物酶体作为角鲨烯合成进行了亚细胞的隔间，实现提高138倍角鲨烯效价(1312.82 mg / L)。相对于亲本菌株,表明酵母的过氧物酶体是一种有效的亚细胞工厂萜烯的合成。胞质和酶工程的双重调制,角鲨烯效价进一步加强 1698.02 mg / L。两级优化后馈料式发酵方法,角鲨烯效价达到11.00 g / L,有史以来最高的报道。这为在过氧化物酶体中合成和储存角鲨烯提供了新的见解，并揭示了通过双胞浆-过氧化物酶体工程利用过氧化物酶体过度生产啤酒酵母萜烯的潜力。

小编一句话点评：亚细胞作为目标产物的储藏工厂是一个提高产量的方法，没想到的是，角鲨烯在酵母的过氧化物酶体里面，提高了138倍，这太有效了。

15. Metab Eng. 2019 Nov 11;57:162-173. doi: 10.1016/j.ymben.2019.11.003.

一种无细胞酶法生产葡糖二酸的新型框架。（A novel framework for the cell-free enzymatic production of glucaric acid.）

Petroll K(1), Care A(2), Bergquist PL(3), Sunna A(4).

葡萄糖二酸(Glucaric acid, GlucA)是一种由葡萄糖衍生而来的有价值的化学物质，在塑料、洗涤剂和药物的制造中，作为一种生物可降解和生物相容的化学物质，有着广阔的应用前景。近年来，利用葡萄糖、蔗糖和肌醇等可再生材料在体内生产GlucA已成为研究热点。然而，由于毒性问题、代谢物竞争和次优酶比，这些体内GlucA生产过程通常缺乏效率。合成生物学和相应的无细胞生物催化被提出作为克服这些限制的可行方法。然而，无细胞生物催化由于其较高的酶成本和辅助因子消耗，在工业应用中面临着自身的局限性。我们已经构建了一个无细胞GlucA途径，并展示了一个新的框架来克服无细胞生物催化的局限性，方法包括:1)结合热稳定酶和中温酶;2)结合辅助因子再生系统;3)该途径酶的固定和回收。由此产生的生产力(0.30 ±0.02  g / h / l非固定酶和0.170 ±0.004  g / h / l固定酶)是迄今为止的最高生产力报道GlucA生产。

小编一句话点评：一篇关于葡糖二酸无细胞生产的进展，不过估计目前商业化还是有难度（太贵），但应该是不少有毒化合物生产的方向。

合成生物学与进化

16. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Nov 21. pii: 201912257. doi: 10.1073/pnas.1912257116.

丢失基因线路功能的进化恢复。（Evolutionary regain of lost gene circuit function.）

Kheir Gouda M(1)(2), Manhart M(3), Balázsi G(4)(2).

进化可逆性-恢复丧失功能的能力-在进化生物学和合成生物学中都是重要的问题，其中修复被进化过程破坏的天然或合成系统可能很有价值。在这里，我们使用集成到单倍体酿酒酵母细胞中的合成正反馈（PF）基因线路来测试该群体是否可以恢复失去的PF功能。在先前的进化实验中，基因中的突变消除了PF激活的适应性成本。由于PF活化还提供了抗药性，因此将这种受损或破坏的突变体暴露于药物和诱导剂两者应产生选择压力以恢复抗药性和可能的PF功能。确实，在药物存在下进化出7种PF突变菌株揭示了通过基因组，PF外部突变提高PF基础表达（可能通过影响转录，翻译，降解和其他基本细胞过程）的3种适应情况。非功能性突变体在未产生高表达的情况下获得了耐药性，而准功能性和功能失调的PF突变体非遗传地发展了高表达，然后减弱了，尽管出现回复性克隆的功能失调的突变体却较慢。这些结果突显了细胞内环境（例如生长速率）如何影响调控网络动态和进化动态，这对于理解耐药性的进化和发展未来的合成生物学应用具有重要的意义。

小编一句话点评：功能丢失与重获，进化与恢复。

17. Nature. 2019 Nov 6. doi: 10.1038/s41586-019-1734-x.

一种进化上稳定的定殖空间扩展栖息地的策略。（An evolutionarily stable strategy to colonize spatially extended habitats.）

Liu W(1)(2), Cremer J(3)(4), Li D(1)(2), Hwa T(5), Liu C(6)(7).

一个物种在新近可利用的栖息地中定殖的能力对其整体适应性至关重要。一般而言，运动性和快速扩张预期对定殖有益，因此对有机体的适应性也有利。在这里，我们应用了一种进化方案来研究表型要求，即在通过化学细菌扩展范围的过程中，定殖不同大小的栖息地的表型要求。与直观的期望更快越好相反，我们表明对于给定的栖息地大小，存在最佳的扩展速度。 我们的分析表明，这种影响源于不断扩大的种群前端的先驱细胞之间的相互作用，并揭示了一种简单，进化稳定的策略，可以定殖一个特定大小的栖息地：以生长速率乘积给出的速度扩张 和栖息地的大小。这些结果说明入侵稳定性是在复杂生态过程中选择表型的有力原则。

小编一句话点评：大学室友的文章，感受到了细菌群落之间的高级感，也感受到了文章的高级感。