基因合成及工业酶分子改造中的应用

基因合成及工业酶分子改造中的应用第一页，共六十页，2022年，8月28日第二页，共六十页，2022年，8月28日第三页，共六十页，2022年，8月28日Theoryofevolution第四页，共六十页，2022年，8月28日

WHATICANNOTCREATE,IDONOTUNDERSTAND

R.FEYNMAN第五页，共六十页，2022年，8月28日第六页，共六十页，2022年，8月28日WHATISSYNTHETICBIOLOGY?

什么是合成生物学Synthesis:ThecombinationofseparateelementstoformacoherentwholeSyntheticbiology:Thedesignandconstructionofnewbiologicalparts,devices,andsystemsThere-designofexisting,naturalbiologicalsystemsforusefulpurposes.第七页，共六十页，2022年，8月28日PartsDevicesSystems第八页，共六十页，2022年，8月28日Syntheticbiologyseekstounderstandanddesignbiologicalsystemsandtheircomponentstoaddressahostofproblemsthatcannotbesolvedusingnaturally-occurringentities.Enormouspotentialbenefitstomedicine,environmentalremediationandrenewableenergy.Needtheabilitytowritea"blueprint"第九页，共六十页，2022年，8月28日第十页，共六十页，2022年，8月28日SYNTHESIS

OFPEPTIDESolid-phasepeptidesynthesis(SPPS)MerrifieldRB.JACS1963,85:2149–2154.R.B.MerrifieldNobelPrize,1984第十一页，共六十页，2022年，8月28日SYNTHESISOFTHECRYSTALLINEBOVINEINSULIN1953,duVigneaud,Oxyton(催产素,eigntpeptide).1955,NoblePrice,1958，ApartofCorticotropin(促肾上腺皮质激素)1965,SynthesisofBovineinsulin第十二页，共六十页，2022年，8月28日

TheDNAPIONEERS第十三页，共六十页，2022年，8月28日TheHistoricWeekendofFeb15-16,2001第十四页，共六十页，2022年，8月28日GENESYNTHESIS:

THEMETHODANDSTRATEGY

基因合成的方法和策略第十五页，共六十页，2022年，8月28日OLIGONUCLEOTIDESYNTHESISSolid-phasesynthesis

Step1:De-blockingStep2:CouplingStep3:CappingStep4:OxidationAttheendofthechainassembly,theoligonucleotideisreleasedfromthesolidsupportandelutedfromthecolumn第十六页，共六十页，2022年，8月28日TGTGAACGTATGCTTCAGCTGCTAAGCTGAGACTGAGCTGA

(~60bp)Genomesize=4,600,000bpStrategy第十七页，共六十页，2022年，8月28日GENESYNTHESISSTRATEGYLigation-incrediblytediousandinefficientDualasymmeticPCRAssemblyPCRTwo-stepPCRKaryB.Mullis,MichaelSmithTheNobelPrize,1993第十八页，共六十页，2022年，8月28日AyeastalaninetransferRNA(77bp)(a)Thechemicalsynthesisof15polydeoxynueleotidesegmentsranginginlengthfrom5to20nucleotideunits(b)Ligase-catalyzedcovalentjoiningofseveralsegmentstoformthreepartsoftheduplex,(c)Joiningofthethreepartstoconstructtheentireduplex.AgarwalKL.etal.Totalsynthesisofthegeneforanalaninetransferribonucleicacidfromyeast.Nature1970,227:27-34.LIGATION-incrediblytediousandinefficient第十九页，共六十页，2022年，8月28日ASSEMBLYPCR第二十页，共六十页，2022年，8月28日ThemethodstosynthesistheDNAwithsizearound2kbaremature第二十一页，共六十页，2022年，8月28日Whatisthenext?Goal:buildaworkingcellthatusesasyntheticgenome第二十二页，共六十页，2022年，8月28日Nowwehave14“perfect”750-mersWeneedtoassemblethe750-mersintoone10kbpieceWeneedthemtogotogetherinexactlytherightorderandorientationWeneedan“Assemblyreaction”1234567891011121314}10kilobases第二十三页，共六十页，2022年，8月28日OnalimotoMilano,Sologigolosdon’tnod.Don’tnod,sologigolos,OnalimotoMilanoTounderstandthisnextpartyouneedtounderstandaboutpalindromicpoem...第二十四页，共六十页，2022年，8月28日Atypical“palindromicoverhang”isgeneratedbymostrestrictionenzymesEcoRIcutstheDNAsequence123…GAATTC…456123…CTTAAG…456123…G123…CTTAAPPAATTC…456G…456into….第二十五页，共六十页，2022年，8月28日Viewoftheassemblyreaction+Joiningenzyme第二十六页，共六十页，2022年，8月28日Chemicalsynthesisthepoliovirus,2002RNAvirusGenomesize=~7.5kb第二十七页，共六十页，2022年，8月28日Flowchartindicatethesynthesisofpoliovirus第二十八页，共六十页，2022年，8月28日Gibsonetal.CompleteChemicalSynthesis,Assembly,andCloningofa MycoplasmagenitaliumGenome.Science.2008(~600,000bpinyeast)ChemicalSynthesisofMycoplasmagenitaliumGenome(支原体)第二十九页，共六十页，2022年，8月28日第三十页，共六十页，2022年，8月28日AndextendingtheprinciplesofdesignandconstructiontowholeorganismsMycoplasmamycoidesJCVI-sym1.0(Genome=1.08Mb)第三十一页，共六十页，2022年，8月28日Figure1Science(2010)329:521.0WTDigestsofgenomeplugs第三十二页，共六十页，2022年，8月28日ConclusionsAccordingtoJimCollins(BU):“Thisisanimportantadvanceinourabilitytore-engineerorganisms,notmakenewlifefromscratch…Althoughsomeofusinsyntheticbiologyhavedelusionsofgrandeur,ourgoalsaremuchmoremodest."第三十三页，共六十页，2022年，8月28日第三十四页，共六十页，2022年，8月28日第三十五页，共六十页，2022年，8月28日ApplicationsofSyntheticBiology

合成生物学的应用第三十六页，共六十页，2022年，8月28日BiologicalworkspaceMicrobesMammaliancellsPlants....BroaderapplicationsTherapeutics(Pharmaceuticals,Biologics)Energy(esp.Fuels)ChemicalsAgriculture….第三十七页，共六十页，2022年，8月28日AchievementsinSyntheticBiologyTherapeutics青蒿酸第三十八页，共六十页，2022年，8月28日青蒿酸第三十九页，共六十页，2022年，8月28日AchievementsinSyntheticBiologyFuels第四十页，共六十页，2022年，8月28日AchievementsinSyntheticBiologyFuelswiththepowerofsyntheticbiology.第四十一页，共六十页，2022年，8月28日Theworkwehavedoneandwhatwearedoing

我们所做的工作

Industrialenzymes,enzymeengineering,molecularmodificationandapplications工业酶，酶工程，分子改造以及应用工艺研究第四十二页，共六十页，2022年，8月28日OptimizationonprocessMolecularmodificationEnzymeengineeringImproveexpressionlevel,EnhancethetoleranttotemperatureandalcoholImmobilization,chemicalmodificationEnhancereactionefficiency

Aims:第四十三页，共六十页，2022年，8月28日Enzymeimmobilization

酶固定化CaoX,YangJ*,etal.ProcessBiochem2009,44,177–182YangJ,LiuL,CaoX.EnzymeMicrobialTechnology2009,46(3):257-261.sol-gel；B.sol-gel/Bioimprinting;C.porousresin;D/E.Sodiumalginate;F.sol-gel/Sodiumalginate第四十四页，共六十页，2022年，8月28日ProteinExpressionProtein/StructureIndependentFactors:promotersandupstreamelementstranslationalinitiationandterminationmRNAstabilitycodonbiasProtein/StructureDependentFactors:foldingandaggregationproteolysisanddegradationsecretionandlocalization舒正玉,王爱玲,杨江科,等.工业微生物,2007,37(3):1-6第四十五页，共六十页，2022年，8月28日CodonBiasE.coliP.pastoris第四十六页，共六十页，2022年，8月28日ContinuousmutationtechnologyOverlapextensionPCRGCATATATXuL*,JiangX*,YangJ*,etal.BiotechnolLett.2010,32(2):269-276.第四十七页，共六十页，2022年，8月28日DenovogenedesignandsynthesisCodonoptimization；mRNAsecondarystructu