微生物药物创新与优产的人工合成体系.docx

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微生物药物创新与优产的人工合成体系

一、关键科学问题及研究内容

（一）拟解决的关键科学问题

构建微生物药物合成体系的根本目标是实现药物生物合成的定向性和高效性，需要解决微生物药物合成体系的合成与调控、元件及模块组装、底盘细胞与系统优化等科学问题，即

（1）微生物药物高效合成与调控的分子基础，

（2）微生物药物优质底盘细胞的构建原理；（3）工程化设计生物合成体系的适配性机制；（4）人工合成生物体系对环境的应答机制。

1.微生物药物高效合成与调控的分子基础

微生物次级代谢途径是微生物药物合成的内在基础。

在外界特定信号的刺激下，相关药物合成途径得以激活，通过量个催化功能及调控元件的组合进行特定药物分子的合成。

药物分子的结构主要取决于催化功能元件的化学选择性及立体选择性，而药物产率则取决于药物合成途径中调控元件和关键节点酶的催化效率。

目前对微生物合成与调控的分子基础已有所了解，应用现有功能元件的优化和替代等代谢工程技术，对药物合成效率有必然增进作用，可是现有知识还无法专门好地实现微生物药物的高效制备。

加深理解微生物药物高效合成与调控的分子基础，发觉并肯定合成途径中关键催化元件的作用机制，对其进行理性人工设计及优化，改变催化反映类型或药物主体结构的修饰部位，提高催化反映效率，增进新结构化合物的快速产生及合成速度的提升；构建有序的生物元件组装体，提高反映效率；对调控元件的人工设计和改造，使微生物对人为设计信号进行应答，控制相应药物合成途径激活水平和持续性，是实现大幅度提高药物产量、降低药物生产本钱的保证；因此在分子水平上阐明微生物药物高效合成与调控的机理，揭露催化与调控元件的协调作用关系是构建药物微生物合成体系的首要科学问题。

2.微生物药物优质底盘细胞的构建原理

微生物药物底盘细胞的设计是合成人工体系发挥作用的基础。

生命的本质是由基因编码的蛋白决定的，一个生物体的基因组序列携带了组成和维持其生命活动所需要的全数信息。

从细胞功能必需性的角度能够将基因分为三类：

1.维持细胞基础代谢和执行大体生命活动的必需基因；2.在特定生境下，克服某些环境压力，强化生存的条件必需基因；3.非必需基因。

链霉菌作为产生天然药物最大的类群，其线性染色体结构具有核心必需区和柔性可变区，是作为微生物药物底盘细胞的最佳选择。

为成立优质的微生物药物底盘，第一应用比较基因组学预测底盘链霉菌的核心必需区和柔性可变区，从后者中进行持续的大片段缺失，使染色体结构更为稳固；之前者中去除可能的次级代谢合成基因簇和平行转移取得的可移动元件，使简化的底盘细胞进行大体生命活动所需能量更小，生活周期更短。

另外一方面，强化或加载一些天然药物合成的一路前体物合成基因，改善菌体生长性状及抵抗发酵进程噬菌体污染的限制-修饰基因，使优质化底盘细胞取得新的生命优势，实现底盘细胞的遗传稳固性和普适性，为微生物药物的高效合成提供平台。

3.工程化设计生物合成体系的适配性机制

在对微生物药物合成及调控机理理解的基础上，应用计算生物学方式构建特定构效关系的生物元件及途径，经热力学评价和动力学模拟，为人工合成体系提供理论指导。

以工程学的原理对药物合成途径进行设计，最终在底盘细胞上组装生产线，需要解决途径中各元件间、路径与底盘之间的适配性那个科学问题。

为探索适配性机制，能够在体外及体内两个层面上进行。

在体外对合成途径进行查验和优化能够绝缘胞内其它因素的干扰，即按照药物的结构特征，设计或构建的新合成途径应该知足反映热力学大体原理，再按照合成途径中的各反映类型，从功能元件库中挑选适宜的元件进行体外组合或装配，模拟计算合成途径的反映进程，检测反映物的流量转变，肯定合成途径中的节点元件，对其进行设计和优化，和环境因子对人工合成途径的影响。

在体内需要解决合成途径与底盘细胞其它代谢途径的适配性问题。

在封锁的细胞内，其适配性问题主要反映在物质与能量的动态平衡，即结构性物质的流向和电子的传递。

基于底盘链霉菌基因组的解析，模拟人工合成途径在代谢网络中的运行，查验代谢流，设计与从头组装调控元件，调节人工合成途径与底盘的适配程度是构建人工生物体系进行药物合成的必然进程。

4.人工合成生物体系对环境的应答机制

在底盘细胞基础上人为构建合成途径，必然会对整个调控网络带来影响，也反映在人工合成生物体系的生理指标方面。

因此实现药物的高产量、低本钱生产，还取决于人工生物体系对外界环境的应答机制，主要包括抗逆、与胞外的物质互换和对特定激活信号的响应。

由于对复杂生命系统工作原理的了解还存在太多的盲区，因此在基因及基因组的组成与结构水平上研究其抵御生物、物理和化学等因素破坏作用的机制；揭露重要物质的跨膜机理；在调控网络、细胞及细胞群的层面分析人工生物体系对胞外物理化学信号的响应机制。

这些都有助于咱们深切熟悉生命规律，所取得的科学熟悉还为咱们在合成途径、调控元件、代谢网络的设计与组装等方面提供理论支撑。

（二）主要研究内容

1.（针对科学问题1）生物元件挖掘与人造功能器件的合成。

针对微生物药物生物合成进程中药物前体合成（低级代谢），药物合成（次级代谢）和药物转运等步骤中涉及到的功能元件和调控元件进行挖掘、分类、概念和在放线菌底盘生物（链霉菌FR-008）进行标准化。

着重于如聚酮类（红霉素、安丝菌素等）、C7N氨基环醇类（伏格列波糖等）、β-内酰胺类（头霉素、克拉维酸等）等合成途径的元件挖掘，从深海极端环境和近海红树林环境中获取更多上述药物生物合成的元件和应对复杂环境应答的调控元件；对具有新型糖基化修饰功能和调控功能的生物元件进行挖掘，并对其功能和适用范围加以分类；利用蛋白纳米纤维和病毒蛋白骨架自组装的有序特性和特殊的空间结构，构建功能化人工蛋白“脚手架”，实现对功能元件的逐级组装和按设计比例组装，使其发挥最大功能。

2.（针对科学问题3）生物元件、路径和网络的模拟与设计。

试探出一套具有高模块性和通用性的调控元件设计与构建、代谢网络功能控制模块识别和设计方面的计算生物学方式和计算-实验结合技术，构建基于简化氨基酸的随机肽和功能酶库；针对蛋白质改造与设计，提出和进展具有构象和环境依赖特性的新型可极化分子力场和与之相应的可极化溶剂化模型，最终取得一套崭新的蛋白质改造与设计的理论计算方式和计算程序;设计完成自动获取代谢反映转换模式和构建基于代谢网络的生物合成途径设计方式相关的技术，构建基于基因组规模代谢网络的生物合成途径设计信息化平台;在放线菌底盘（链霉菌FR008）中插入井冈霉素等微生物药物合成基因簇，研究放线菌底盘通过SOS反映和毒素-抗毒素系统维持外源元件稳固遗传的调控机制。

3.（针对科学问题1）催化体系优化与人工组装。

面对人工合成体系的需求，开展酶催化模块的理性设计、定向进化及人工组装工作。

从不同结构层次解析蛋白质的模块性，成立重要蛋白质家族中与底物识别、热稳固性、催化效率等性质相关的模块集，并进行功能域/结构模块的设计、替换与优化，取得高度模块化的人工酶；在此基础上应用定向进化技术对关键酶进行性质优化；设计药物前体人工合成途径，从生物元件库中召募不同来源的催化元件，构建体外多酶耦合体系，对催化元件进行优化组合，取得反映效率最大化的体外药物合成多酶耦合体系。

4.（针对科学问题2）微生物药物合成的放线菌底盘。

选择微生物中产天然药物最多、遗传操作手腕最为成熟的链霉菌为操作平台，利用生物学信息预测与高通量实验相结合，对链霉菌FR008基因组进行设计、改造，成立最简（优）化的放线菌底盘生物；并在此基础上对其染色体进行硫化修饰，给予其抗酶解等多种生命优势，为发酵进程中的噬菌体污染提供解决之道；成立不同硫化序列和丰度的元件资源库，通过对硫化功能元件和调节元件的定向设计和改造，实现对硫化修饰的人工调控，进一步优化天然药物合成的硫化放线菌底盘，实现抗生素药物的高效合成。

5.（针对科学问题1和3）药物合成途径解析与优化。

以聚酮类（红霉素、安丝菌素等）、C7N氨基环醇类（伏格列波糖等）、β-内酰胺类（头霉素、克拉维酸等）等典型微生物药物为研究对象，充分利用其基因组学和生物合成研究基础，通过计算生物学和计算化学系统揭露其生物合成中的限速步骤及其相关的前体合成、关键生物催化功能大分子（酶）的构效关系，判定活性中心电子结构的分子基础和物理化学特性,成立并利用相关的催化与调控的元件/模块，在原产生菌或底盘链霉菌中实现代谢途径的定向设计和优化，成立上述典型微生物药物分子的合成生物学改造策略。

6.（针对科学问题4）新结构代谢物的高效制造。

在生物元/器件、网络设计、酶催化体系、底盘细胞和药物合成途径等不同合成生物学层面研究基础上，以放线菌药物为研究对象，从以下四方面来构建药物结构和调控的改造体系：

聚酮合成后修饰模块的替换与导入、生物合成模块的人工改造、生物合成模块的组装及优化和全局转录调控模块作用机制，研究新结构活性代谢产物途径重构的大体问题。

在基因转录、蛋白质表达、中间代谢物三个尺度对具有不同功能模块组合的工程菌进行分析，研究基因和细胞两种不同尺度网络之间的彼此作用和耦合关系，实现人工生物合成体系的多尺度优化，最终实现新结构代谢物的高效制造。

二、预期目标

（一）整体目标：

以成立微生物药物品种创新和性能优化的创新模式为目标，揭露重要产品的高效生物合成与调控机理、优质底盘构建原理、人工合成体系的适配机制及对环境的应答机制，进展微生物药物合成生物学的理论和方式；构建重要微生物药物的功能元件库、底盘生物和人工生物体系，成立重要微生物药物品种创制和性能优化的创新模式，成立微生物药物高效生物制造途径，使我国的合成生物学研究整体水平进入国际前沿，在新型抗生素、抗癌药物等创制和人工设计生物体系等基础研究方面起到国际引领作用，某些方面凸显我国的优势和特色。

为提高我国人民健康水平，转变经济增加模式作出踊跃的奉献。

（二）五年预期目标：

1.阐明结构和生物活性特征最具有代表性的抗生素及抗癌药物，如聚酮类（红霉素、安丝菌素等）、C7N氨基环醇类（伏格列波糖等）、β-内酰胺类（头霉素、克拉维酸等）等的合成及调控机理，成立相关结构域/蛋白和合成调控的元件/模块库，完成生物合成途径中关键模块（起始合成单元、生物合成、后修饰、全局转录调控）的构建。

2.实现基因组水平上信息导向的药物生物合成途径和代谢网络设计；分析链霉菌功能底盘与引入的生物药物合成基因簇的互作，以设计外源元件遗传稳固的人工系统。

3.进展蛋白质模块重组的新理论与新技术，搭建高通量定向进化平台，实现生物元件、模块的设计和优化；提供2-3个能够将多个功能元件进行有序组装以提高整体反映效率的蛋白质纳米人造功能器件；构建体外药物合成多酶耦合体系。

4.完成小型基因组的设计与删减，成立最简化链霉菌底盘；硫化链霉菌底盘细胞，取得遗传稳固、抗噬菌体污染的人工体系，为天然产物的高效合成奠定基础；

5.成立新结构微生物药物的生物合成途径，成立人工合成体系多尺度优化的大体策略，实现10种以上微生物药物的高效制造。

6.在国内外核心刊物发表200篇以上论文，其中SCI收录论文120篇以上；申请或取得国内外发明专利40项以上。

三、研究方案

（一）学术思路

本项目面向我国产业结构调整和国民健康水平提升的重大需求，拟选择医药行业中市场价值大、最具代表性的微生物药物为研究对象，开展微生物药物合成相关天然生物元件的挖掘、标准化与最优化，药物人工合成途径设计，体外多酶体系耦合等一系列基础工作；通过基因组最小化和引入特殊抗逆机制，构建微生物药物专用的、具有自主知识产权的链霉菌底盘生物；在前面基础上，将构建的药物分子人工合成体系与底盘细胞内进行整合，成立重要微生物药物的高效合成途径；通过对人工生物系统的多尺度调控和优化，实现微生物药物的高效生物制造，增进我国生物医药及相关产业的升级和进展。

这里，若是咱们把在合成生物学层面上展开的微生物药物创制与优产的工程化设计看做是在利用“拼图技术”来一步步拼接模拟天然生物合成途径所预设的一幅幅可能是药物候选化合物的“蓝图”的话，本项目的整体学术设计及“蓝图”合成思路能够简略归纳如下：

本项目整体学术思路示用意。

（二）技术途径

综合应用多学科先进技术方式，注重工程化及理性化的研究手腕是合成生物学研究的精髓，因此本项目重视各个研究环节技术途径的先进性和协调性，以提高研究的高效性和准确性。

项目整体技术途径及具体实施方案如下：

一、生物元件挖掘与人造功能器件的合成

设计系列分子探针，对深海极端环境和近海红树林环境的微生物基因组和环境宏基因组文库进行优选，通过序列分析和功能注释深度挖掘海洋微生物中潜在的天然活性化合物生物合成基因，丰硕生物制药合成生物学研究所需的功能元件和调控元件库；利用生物化学等手腕成立体外反映体系，对生物功能元件进行分析、鉴定、分类和标准化；

通过转基因技术，在拟采用的微生物药物底盘生物链霉菌FR-008中测试上述生物元件的性能，并依据底盘生物基因表达调控特点对元件进行标准化；针对底盘生物链霉菌成立高效遗传学方式，将功能元件在底盘生物中进行高效替换和组装；利用三级串联四级杆液质联用仪和高分辨质谱和气质联用质谱对结果进行快速定性定量检测。

利用基因工程技术将功能元件加上接口，并与加有相应接口的蛋白纳米纤维和病毒蛋白骨架等人造功能元件进行共表达，利用蛋白纯化技术取得其组装单元，利用原子力显微镜和电子显微镜和对其装配情形进行观察和表征，并在体外成立快速酶活测定方式对新复合体进行检测，最终实现多个功能元件的合理化组装。

二、生物元件、路径和网络的模拟与设计

对基因组规模的微生物药物代谢网络的相关先导化合物、代谢反映、代谢酶、代谢途径、和相关的基因等数据进行整合和数据挖掘，构建基于基因组规模的生物合成途径设计信息化平台和软件，提取生物合成所需的各类生物信息学组件，如基因序列组件、酶序列组件、反映模式组件等，设计合成反映、代谢物、代谢途径和代谢酶。

用代谢流平衡分析等方式模拟路径、网络的流散布状况，发觉关键节点和模块，为合成生物学提供候选生物合成路径和代谢网络。

进展新型可极化分子力场等计算方式，成立基于机械学习的ProSAR驱动的蛋白质/酶定向进化技术平台和分子模拟技术，针对生物系统的网络结构进行理性改造与设计，通过改变生物元件（蛋白质）本身和它们之间彼此作用的特异性和强度，合理地控制生物通路的流向、流速，进而定向改造整个生物系统的动力学行为和功能。

以信息导向途径设计谋略，构建链霉菌FR008基因组底盘的代谢调控网络，识别各类已知链霉菌应急反映的调控通路。

构建携带整合酶基因、att位点、药物合成基因簇和phd-doc家族毒素-抗毒素基因座位的人工岛，特异性插入链霉菌FR008染色体，模拟复杂系统中底盘染色体对导入元件的调控机制。

在多次传代和发酵进程，用real-timeqPCR定量测定岛的环出频率，比较整合酶、SOS阻遏因子LexA和毒素-抗毒素等相关蛋白质表达水平，成立底盘对外源元件的调控模型,设计元件遗传稳固的人工系统。

3、催化体系优化与人工组装

应用生物信息学方式寻觅微生物药物合成中相关先导化合物及次级代谢产物中重要聚酮合酶（PKS）、非核糖体肽合成酶（NRPS）、纤维素酶、糖基转移酶等分子内部的模块属性，进行基于关键基序（Keymotif）指导下的模块重组；成立不同家族酶的催化模型，依据底物特征与反映环境的要求，定向设计构建人工嵌合酶，完成功能上“跃迁式”进化；解析或同源模建蛋白质生物元件的结构，进行分子对接、分子动力学和量子力学等方面的计算生物学研究，分析蛋白-蛋白、酶-底物之间的彼此作用，成立蛋白质构-效关系，指导生物功能元件的理性设计与改造，成立生物功能元件的理性设计谋略。

针对非理性设计成立的功能元件突变库，成立基于流式细胞仪荧光激活细胞分选（FACS）、微流控芯片、遗传选择系统的超高通量挑选技术，取得性质优良的生物元件；体外构建多酶耦合体系，分析程序催化中的节点和限速元件，对多酶耦合体系进行优化设计。

4、微生物药物合成的放线菌底盘

选择自主优选的特色菌株、多烯大环内酯类抗生素杀念菌素产生菌灰色链霉菌FR-008作为药物底盘，通过种内基因组比较、同源序列比对、功能基因组分析来鉴定维持链霉菌生命活动的必需基因和条件必需基因，利用持续大片段染色体敲除大体生理代谢中的非必需基因取得基因组最简化链霉菌；利用双亲本结合在FR-008中导入抗生素前体物合成相关基因，在没有冗余代谢途径干扰的情形下实现天然药物高效合成；进展DNA硫化修饰功能和调节元件的催化机理，利用高效基因点突变和高通量串联四级杆液质联用仪检测，定位硫化系统中决定靶标序列、硫化丰度的功能元件和调控元件，采用理性设计的策略，从基因水平上对元件进行定向改造取得硫化元件资源库，并在底盘FR-008中人工导入优化设计后的硫化元件对链霉菌底盘FR-008的染色体进行可调控硫化修饰增强抗逆性，成立对天然药物合成优质化、遗传稳固的特色微生物底盘。

五、药物合成途径解析与优化

针对C7N氨基环醇类、聚酮类、β-内酰胺类药物，按照密码子偏好性等原则构建合成与调控的功能元件/模块；通过各催化蛋白的异源超量表达，并利用大肠杆菌无细胞体系成立体外酶促合成系统，或直接以产生菌成立静息细胞体系，通过前体物的添加和喂养考察主要限制因子；以催化反映为核心，通过小分子底物与生物催化分子（酶）的共价对接、蛋白分子对反映途径的调控模拟等手腕，分析合成及后修饰进程的关键步骤，肯定酶结构改变策略和影响因素降低/消除策略；利用多位点定点突变技术，优化酶的结构及其催化功能；以工业高产菌为基础，并按照催化反映影响因素降低/消除策略，有效引入与前体物和辅因子供给、抗性提高、产物外运、表达调控等相关的元件/模块，同时将优化基因替换原有拷贝，实现典型微生物药物的高产。

六、新结构代谢物的高效制造

应用发酵条件变换、启动子置换和生物信息学等手腕发觉生物功能分子的单元合成的基因或基因簇，和编码蛋白。

应用途径杂合、基因敲除、模块置换、定向进化等手腕使产生新的结构代谢物，成立细胞水平的活性挑选平台，发觉活性先导化合物。

将优化的突变体基因拼接到生物合成基因簇中，将整个基因簇整合到宿主染色体中，优化关键功能模块和模块之间的耦合进程，实现新结构代谢物定向、高效的生产。

本项目充分考虑到了研究的系统性和关键技术环节，提出了合理的应对方案，对关键技术均有较为充分的前期研究。

已初步成立了重要微生物药物生物的菌种、化合物和基因资源库和功能分析技术平台，形成了次级代谢进程对发酵环境的应答等代谢调控技术体系，深切解析了链霉菌形态分化机制和次级代谢调控机制，成立了生物大分子结构动态模拟、客体分子与受体结构对接等运算机模拟技术支撑体系，为构建高效微生物药物合成途径奠定了良好基础。

本项目聚集了国内相关领域的主要优势单位，依托6个国家重点实验室，5个部门开放实验室，具有承担国家重大研究项目的先进的研究设施和良好的工作条件。

（三）创新点

1.微生物药物特有生物元件库的成立

微生物药物合成相关的生物元件种类的匮乏和缺乏标准化是人工合成体系构建的限速步骤。

将针对微生物药物生物合成进程最重要和最具有代表性的关键模块（起始合成单元、生物合成、后修饰、全局转录调控）别离进行挖掘、分类、概念，进而成立全面化、性能标准化的微生物药物生物元件库。

本项目组在已有我国特有的、丰硕的微生物药物产生菌基础上，将深切表征与药物代谢相关的催化及调控元件，使其标准化；还将对特殊生境丰硕生物资源（深海放线菌资源及红树林放线菌菌株资源等）进行研究，为微生物药物生物合成提供了大量的具有优良性能的生物元件，为能建成功能全面化、性能标准化的生物元件库提供了重要保障。

2.体外人工代谢途径的构建

常规合成生物学研究仅强调在底盘生物体内构建合成代谢途径，但由于基因网络难以预测、元件不兼容、和底盘生物自身噪音等不利影响，造成人工生物体系组装的成功率低，而且在取得必然进展后很难冲破。

本项目拟在体外进行多酶耦合体系的构建。

由于避开了细胞内的复杂环境，体外多酶耦合体系可极大地降低体系复杂度，为合理量化的成立体内多酶耦合体系提供量化的数据；同时由于体系相对简单，也可成为微生物产物的一种新型制备方式。

3.纳米级人工生物器件合成及生物元件串联绑定

人工代谢通路效率不高的原因之一是各个功能元件在体系中分散度过大，造成中间产物的流失和浓度的稀释而致使的。

为冲破这一限制，本项目拟应用蛋白纳米纤维和病毒颗粒包装蛋白构建新的通用型、纳米尺度、串联的“蛋白脚手架”，对人工合成途径中的催化元件进行有序“铆定”，以降低酶及底物在反映体系中的分散度，成立高效的催化系统。

4.微生物药物生产用放线菌底盘生物的创建

常规合成生物学研究常利用大肠杆菌、酵母、假单胞菌等通用宿主作为底盘细胞，但由于这些细胞自身合成生物活性药物的种类超级有限，尤其是缺乏一些药物合成的辅助生物组件，致使即便导入药物合成基因，也无法完成药物生物合成途径取得最终产物。

针对这种情形，本项目拟选择目前微生物药物生产中应用最普遍的放线菌作为操作平台，以我国自主挑选的特色链霉菌FR-008为研究对象进行人工合成体系的组装。

该菌株本身具有生长快、产胞性能好、遗传系统通用简便、背景比较清楚等优良特点。

所构建的药物高产菌株可直接与目前的微生物药物生产工艺衔接，有利于研究功效迅速向应用转化。

硫修饰体系为底盘生物引入新型抗逆机制

DNA硫修饰系统是我国科学家在微生物代谢领域的原创性发觉，在微生物药物底盘生物中人工构建“硫基”生命体系，有望给予其天然生命所不具有的生命优势，为稳固、抗逆生命体的创建奠定遗传基础。

本项目拟在对链霉菌底盘进行基因组最小化的基础上整合DNA硫化修饰体系，成立代谢速度高、抗逆性好的通用性微生物药物生产底盘细胞。

6.多层次、多尺度改造微生物药物生产菌株

传统微生物药物菌株改良技术主要通过敲除、过表达等遗传操作技术对细胞代谢途径进行改造，以达到强化目标产品合成途径的目的，不仅效率较低，而且取得的改善程度也很有限。

本项目将在充分理解微生物药物生物合成机理的基础上，综合利用元件优化、功能器件集成、途径设计、网络重构等不同层面对微生物药物生产体系进行系统优化，不仅能够提高微生物药物产量、降低生产本钱、降低能耗及污染，而且还能够在现有药物基础上高效合成新的药物，为微生物药物生产菌株的合成生物学改造提供新的技术支撑体系。

（四）课题设置

本项目面对我国微生物药物技术创新的重大需求，集成多学科先进技术，围绕拟解决的四个关键科学问题和研究目标共设置了6个研究课题：

（1）生物元件挖掘与人造功能器件的合成；

（2）生物元件、路径和网络的模拟与设计；（3）催化体系优化与人工组装；（4）微生物药物合成的放线菌底盘；（5）药物合成途径解析与优化；（6）新结构代谢物的高效制造。

课题一、生物元件挖掘与人造功能器件的合成

1.主要研究内容：

生物元件是人工合成体系的大体单位，它主要分为功能元件和调控元件两大类型。

本课题将针对微生物药物生物合成进程最重要和最具有代表性的关键模块（起始合成单元、生物合成、后修饰、全局转录调控）别离进行挖掘、分类、概念，并在放线菌底盘生物（链霉菌FR-008）中进行标准化，成立药物合成催化与调控元件库和模块库；合成蛋白质骨架系统的人工器件，实现有序的生物元件组装体，为人工合成体系进行微生物药物的高效制造提供工具基础。

（1）重要微生物药物合成专用功能元件库

针对聚酮类、C7N氨基环醇类、β-内酰胺类等生物药物产品合成中参与起始合成单元、生物合成、后修饰、全局转录调控等步骤的催化和调控功能元件为对象，之前期积累的近岸红树林及深海热液口等海洋环境特有的菌株库和环境宏基因组文库中挖掘更多的药物生物合成元件，成立微生物药物合成专用的、性状丰硕的催化元件库；挑选与生物药物制造工艺中温度控制、酸碱调节及溶媒抽提等环节相适应的特殊调控元件，如特殊TCS和sigma因子元件等，挖掘复杂环境应答的调控元件，为通过改变环境因子实现代谢途径的切换提