美能源部为推进生物技术研究拨款4550万美元

美国能源部日前宣布拨款4550万美元，用于资助旨在开发新工具来研究细胞、将天然和合成材料转化为可持续生物燃料和生物产品的34个研究项目。研究主题主要包括以下两个方面：

（1）重新设计微生物，将植物生物质和合成聚合物转化为有价值的生物燃料和生物产品。

21个项目将研究微生物（单细胞微生物）的发展及其从可再生资源生产生物燃料和其他生物产品的潜力。研究人员还将研究将塑料等合成聚合物转化为新的生物基产品的过程。这些项目建立在美国能源部十多年来支持的基因组学和计算生物学进展的基础上，旨在生产生物燃料和生物产品化学构件。

（2）开发新的成像能力来研究植物和微生物，以推进生物燃料和生物产品的生产。

来自7个项目的13个奖项将开发新的成像能力来描绘植物和微生物的细胞过程，帮助科学家们加深对其基因组成的理解，以促进来自可再生植物生物质的生物燃料和生物产品的生产。改进的成像技术将帮助研究人员检验他们对细胞功能的假设，并产生新的细胞代谢预测模型。

这些项目将由美国能源部生物与环境研究办公室（BER）赞助，BER计划支持对复杂生物、地球和环境系统的科学研究，来促进国家能源和基础设施安全。该资助将推动生物学和生物技术研究，同时有助于加强美国的能源安全并建设清洁能源经济。

高效工具编辑面包酵母生产生物基产品

据《核酸研究》报道，荷兰帝斯曼生物技术中心的科学家们发现了一种利用Cas12a基因编辑工具控制面包酵母细胞中多个基因表达的方法，为高效、可持续地生产生物基产品打开了大门。

面包酵母被认为是生物技术的主力菌种，它不仅被用于生产面包和啤酒，还被设计和改造用于生产一系列高价值化合物。然而，构建这些生物基产品的最佳路径是非常困难的，常常需要通过引入新酶以及调整基因表达水平来重新连接和扩展细胞内复杂的生化网络。

为了优化面包酵母细胞进行生物生产，研究者首次尝试使用基于Cas12a 蛋白的CRISPR 技术，与更常用的Cas9蛋白不同，Cas12a可以快速编程来与负责控制基因表达的序列相互作用，并且可以轻松地同时靶向许多不同的序列，这对于酵母细胞内复杂网络的构建是非常高效的。研究首次证明了 Cas12a 在控制酿酒酵母基因表达方面的能力，还弄清了如何最好地设计和使用该系统的规则。

除了分析如何最好地设计基于 Cas12a 的系统外，研究者还展示了它在稳定控制面包酵母以生产β-胡萝卜素方面的用途，该系统显著提高了β-胡萝卜素生物合成的能力，为该系统在其他关键生物基产品的更广泛应用方面打开了大门。

相关论文信息：https://academic.oup.com/nar/article/49/13/7775/6312738

工程酵母可耐受纤维素预处理毒性

据《科学进展》报道，美国麻省理工学院的研究人员开发了一种方法能使工程酵母规避水解产物的毒性，这种耐受性设计可以延展用于制造其他化学品的酵母菌株中，从而有可能使用“纤维素”木本植物材料作为制造生物燃料和生物产品的来源。

目前使用纤维素生物质的两个主要障碍是纤维素首先需要从木质素中释放出来，然后纤维素需要进一步分解成酵母可以使用的单糖。有效的预处理方法会产生醛类化合物，醛类对酵母的毒性很大，可以杀死大部分的酵母细胞。

以前的研究中，该研究团队通过添加特定化合物，增强酵母膜功能，使酵母在高浓度乙醇中存活更长时间，使酵母的燃料乙醇产量提高80%。在新研究中，研究人员设计酵母使其将纤维素副产物醛转化为醇，再结合乙醇耐受策略。研究者从几种酵母中测试了几种执行这种反应的天然酶，确定了一种效果最好的酶，再使用定向进化来优化酶功能。优化酶加上膜强化添加剂，菌株的纤维素乙醇产量增加了两倍多，达到与传统玉米乙醇相匹配的水平。

研究人员还利用这种策略设计酵母用于生产乳酸，菌株能够从纤维素材料中产生与从玉米中相同产量的乳酸。研究者表示，这种纤维素利用醛耐受策略，几乎适用于任何生物基产品的生产路径，例如生物柴油、喷气燃料等。

相关论文信息：https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf7613

（吴晓燕编译）