AWSG爱保信（Biotech）-合成生物支架系统将改变游戏规则：AWSG爱保信（Biotech）-合成

原标题：AWSG爱保信（Biotech）-合成生物支架系统将改变游戏规则
合成生物学是生物学和工程学相交叉的一门学科，在合成生物学的体系中，为了构建具有特定生物功能的细胞工厂，需要引入多种外源基因模块。在构建的人工底盘细胞中，通过设计复杂的催化反应和路径实现绿色反应过程，为许多化学产品提供了一种更加安全环保的合成方法。
现阶段，天然产物异源合成仍面临诸多问题，其中一个重要的问题是外源基因导入宿主后其表达、定位和组装模式存在不确定性，进而引起一系列不良效应：异源酶的错误定位导致的酶与底物分隔，合成产物所需的前体被内源竞争性路径消耗，上下游酶之间的表达不平衡以及多种外源酶的组装不当导致的难以实现协同催化作用等。这些问题极大地限制了外源基因在细胞工厂中的功能发挥。
研究人员在天然系统中发现，参与连续反应的酶形成多酶组装系统后会极大地提高反应效率，如在色氨酸合成酶和氨基甲酰基磷酸合成酶的催化系统，通过酶的组装实现了多酶的协同催化，提高了催化效率。
受此启发，研究人员尝试开发出各种人工生物支架系统，以便将导入到底盘细胞中的外源蛋白按照预期设计的方式组装到一起，形成多酶聚集的催化体系，从而提高天然产物的异源合成效率。随着对支架研究的深入，研究人员已经开发出多种多样的生物支架系统，根据支架分子的核心成分可将其分为两大类，即蛋白支架和核酸支架。
其中蛋白支架是以支架蛋白为结构核心募集目标酶，利用蛋白-蛋白相互作用将多种酶对接形成的多酶组装体。而核酸支架是以核酸分子为支架结构，利用DNA或RNA与酶的特异性结合，将多种酶聚集到支架结构中，形成酶的有序组装系统。
另外，近年来在组织工程或生物材料工程领域也开发了蛋白支架系统，该系统主要应用于组织或器官尺度的修复，此类蛋白支架组成主要是胶原蛋白或丝素蛋白高分子聚合体，这与本文中提到的胞内生物大分子尺度的蛋白支架（主要是支架蛋白质）相比，在空间尺度和应用领域方面具有显著的区别。
1生物支架系统的种类及其应用
1.1蛋白支架
1.1普通型蛋白支架
来自哺乳动物中的结构域和配体已被证明能够在大肠杆菌和酿酒酵母等微生物中正常表达。一种经典的蛋白支架是Dueber等将来源于小鼠的SH3和PDZ结构域与来源于大鼠的GBD结构域通过短肽连接组装成的一个蛋白支架(GBD)x(SH3)y(PDZ)z 。
在酿酒酵母中将甲羟戊酸途径中的三个基因AtoB、HMGS、HMGR通过相应配体依次与蛋白支架的GBD、SH3、PDZ三个结构域结合，并使这些路径编码酶的基因受诱导型启动子的异源转录调控，从而实现了工程化人工蛋白支架的构建。
通过调节支架上结构域的数目协调多酶之间的化学计量比，从而解决了多酶组装系统表达量不平衡的问题，使甲羟戊酸的产量提高了77倍。该支架已成功地应用于其他多种目标分子的生物合成，包括葡萄糖二酸、儿茶素、氢气、白藜芦醇、丁酸、γ-氨基丁酸以及衣康酸等，均获得了良好的效果。

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基于亲和体的相互作用是蛋白支架进行多酶组装常用的手段。 Gao等从后生动物细胞中选择PDZ域和相应的配体（PDZlig）作为八聚体亮氨酸脱氢酶LDH和二聚体甲酸脱氢酶FDH相互作用的平台，构建了一个自组装的NADH回收系统。
Kang等将分别来源于cAMP独立蛋白激酶和A激酶锚定蛋白的两个短肽RIAD和RIDD分别融合到MVA路径的最后一个酶idi1和类胡萝卜素的第一个酶CrtE上，利用RIAD和RIDD的自发结合在大肠杆菌中实现了自组装的酶共定位体系，使类胡萝卜素的产量提高了5.7倍。将相似的策略应用到酿酒酵母中，使番茄红素的产量提高了58% 。
Z结构域亲和体由于其体积小，具有快速折叠的动力学和稳定性，是多酶组装的合适标签。目前研究人员已经研究出了靶向包括葡萄糖、HER2、Taq聚合酶和IgA等蛋白的Z结构域亲和体。 Tippmann等在酿酒酵母中利用anti-ZTaq与anti-ZIgA通过接头连接到一起形成一个支架，分别将法尼基二磷酸合酶融合到ZTaq ，法尼烯合酶融合到ZIgA ，通过蛋白的亲和相互作用，实现了这两种酶共定位，改善了通过
甲羟戊酸途径通向法尼烯的通量，在此支架的基础上添加一对ZHER2∶anti-ZHER2组成三组分支架，将蓝藻来源的多羟基丁酸酯（PHB）途径的三种酶通过蛋白支架共定位，在大肠杆菌中使PHB的产量相比于未使用支架时提高了7倍。