造物·资讯丨关键词：群落代谢；二硫键桥肽异二聚体； 自调控微生物群落设计；长片段DNA合成；菌丝体制造
Highlights
► 营养缺陷型个体对群落代谢交换和耐药性形成的影响► 二硫键桥肽异二聚体的从头设计
► 用于化学合成的稳定自调控微生物群落设计
► RootPath提高长片段DNA合成通量► 菌丝体制造商Ecovative再添合作方，拟将第二代产品带入时尚业欢迎关注我们
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01 ACS Synthetic Biology通过新型诱导型启动子感应抗原及传递有效载荷来激活应答不佳的CAR-T细胞（24 May 2021）
嵌合抗原受体（Chimeric antigen receptor, CAR）-T细胞疗法对血液肿瘤有着出色的疗效。然而，由于注射的淋巴细胞在肿瘤部位不能得到有效激活，CAR-T细胞疗法对实体瘤的作用十分有限。因此，如何选择性地提高CAR-T细胞疗法的抗肿瘤疗效而不增加脱靶毒性，成为其能否更好的应用于实体瘤的关键。增加抗肿瘤疗效的一种策略是设计T细胞以使其能够释放免疫刺激性有效载荷，常见的有效载荷有：γ链细胞因子（如IL-2、IL-7等）、炎症细胞因子（如IL-12、IL-18等）或其他蛋白类治疗药物。然而，刺激性有效载荷的持续分泌可能会增强毒性反应，产生严重的副作用。治疗性T细胞受体能够特异地在肿瘤部位发生反应，利用这一特性，抗原诱导型启动子可以实现局部有效载荷的可控释放。NFAT启动子是一种被广泛使用的抗原诱导型启动子，在临床上常被用来驱动IL-12的诱导性表达。然而，可能是由于具有未知抗原特异性的T细胞非局部地产生IL-12,使用NFAT调控IL-12的疗法具有较强的毒副作用。在这篇文章中，美国麻省理工学院的Timothy K.Lu教授开发了一种新型的抗原诱导型启动子NR4A，该启动子在弱免疫原性条件下能够诱导比NFAT更强的反应，而在没有抗原或者撤销刺激后，启动子活性降到最低。作为功能验证，该团队使用基于NR4A的启动子在抗甲状腺素的CAR-T模型中表达细胞因子，并观察到与使用传统NFAT启动子或单独的CAR设计的T细胞相比，增殖情况有所改善。总的来说，该系统在弱免疫原性条件下改善了局部有效载荷的表达，有效的增强了CAR-T细胞疗法的抗肿瘤功效。
02 Nature Communications
营养缺陷型个体对群落代谢交换和耐药性形成的影响 （21 March 2022）
微生物群落由具备不同代谢能力的细胞组成，并且其中常常会包含一些缺乏基本代谢途径的营养缺陷型细胞。通过对微生物组数据（这些数据来自于地球微生物组计划（EMP）中获得的>12,000个天然微生物群落）中缺乏特定氨基酸生物合成途径的营养缺陷型细胞的分析，以及对自我建立的代谢合作酵母群落（SeMeCos）中营养缺陷型细胞-原生营养型细胞相互作用的研究，英国弗朗西斯·克里克研究所的Markus Ralser博士揭示了一种代谢印记机制，将营养缺陷型细胞的存在与代谢相互作用的增加以及抗菌药物耐受性的提高联系起来。营养缺陷型细胞由于缺乏某些基本的代谢途径，必须靠吸收环境中的特定代谢物才能生存，这一特性导致其细胞内的代谢通量分布发生改变，并使其输出更多的代谢物。一方面，这种方式促进了群落环境中的代谢物交换，另一方面，增加的代谢物外排过程也降低了细胞内的药物浓度，使细胞能够在药物浓度高于最小抑制浓度的情况下生长。例如，在从代谢丰富的环境中吸收代谢物的酵母细胞中，唑类的抗真菌作用会大大减弱。总之，该研究提供了一种机制，解释了为什么营养缺陷型细胞的存在能增强群落对抗菌药物的耐受性。
03 Nature Communications y
二硫键桥肽异二聚体的从头设计和定向折叠（22 March 2022）
肽异二聚体有着独特的空间结构，这使其可被用于构建化学和合成生物学的功能组件或分子工具。肽异二聚体通常依靠非共价相互作用如疏水相互作用或氢键形成，这可能导致其结构松散和浓度依赖性非特异性聚集。相较而言，肽间二硫键这种强相互作用可以更好的帮助肽异二聚体的形成，但由于肽分子内/分子间会发生错配，实现其精确配对对于化学合成和从头计算设计来说仍是一个巨大的挑战。近日，来自厦门大学的吴川六教授团队通过将定向二硫键配对化学与从头计算设计相结合，生产出具有相互正交性的链间二硫键桥肽异二聚体。这些肽异二聚体不仅可以用作生成功能分子的支架，还可以用作化学工具或蛋白质标记和构建交联杂化物的构件。因此，这项研究为将这种未经探索的二聚体结构空间用于许多生物应用打开了大门。
04 ACS Synthetic Biology一种可响应多种芳香族和吲哚类诱导剂的多功能转录因子生物传感器系统（22 March 2022）
变构转录因子（Allosteric transcription factor, aTF）是一种细菌的单组分调节剂，在控制各种代谢过程中发挥着不同的作用。当前，在工程微生物中构建功能性和多样性的生物传感器所面临的挑战之一是被识别和表征的aTFs工具箱有限。为了克服这一问题，必须从测序数据库中广泛地对aTFs进行生物勘探，并进行aTF配体特异性工程，以充分发挥其作为生物传感器的潜力，实现新的应用。在这项工作中，来自加拿大康考迪亚大学的David H. Kwan团队利用空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)的TetR家族抑制物CmeR，在大肠杆菌和酿酒酵母中构建了具有水杨酸盐生物传感器功能的aTF基因回路。除水杨酸盐外，研究团队还证明了CmeR调控的启动子对多种芳香族和吲哚类诱导剂具有响应能力。CmeR的这种宽松的配体特异性使其成为许多代谢工程应用中检测分子的有用工具，同时也是定向进化的良好目标，以设计能够检测新的和多样化化学成分的蛋白质。
05 Nature Communications
用于化学合成的稳定自调控微生物群落设计（23 March 2022）
目前，工程化的单一微生物在多种化工产品的生产方面已经取得了巨大成功，然而，单一菌株的代谢能力是有限的，这使复杂结构化学品的生产较为困难。相较来说，模块化共培养由于其能通过分工减轻代谢负担，以及通过区室化优化酶的表达和催化等特点，现在已经成为一种非常有前景的生物制造策略。然而，稳定性和种群自我调节能力的欠缺严重限制了其在大规模工业生产上的应用。近日，北京化工大学袁其朋教授团队开发了一种多代谢物交叉喂养（multi-metabolite cross-feeding, MMCF）的设计策略，通过选择氨基酸合成代谢和能量代谢来建立密切的细胞-细胞相关性，形成了一个非常稳定的共培养系统。另一方面，通过对咖啡酸响应生物传感器的表征，实现了种群的自主调节，以最大限度减少中间代谢物的积累，最终显著增加了松柏醇的产量。此外，研究团队还将这种策略扩展到了三菌株共培养系统，实现了水飞蓟宾/异水飞蓟宾的从头合成。总之，这项工作为构建强大的共培养系统提供了一种通用的策略。
06 Science Translational Medicine
使用李斯特菌向胰腺癌细胞定向输送破伤风毒素的肿瘤免疫疗法（23 March 2022）免疫疗法对于实体瘤的治疗往往受到免疫抑制微环境以及渗透性较弱的限制，因此，如何使冷肿瘤变热是实体瘤免疫疗法得到应用的关键问题。最近，来自阿尔伯特爱因斯坦医学院微生物学和免疫学系的Claudia Gravekamp博士设计了一种能够侵染肿瘤细胞并表达破伤风毒素蛋白的工程化李斯特菌。在肿瘤以外的环境下，李斯特菌会被免疫系统迅速杀死，而在实体瘤内部，由于免疫抑制的微环境，李斯特菌得以逃避免疫系统的杀伤，从而实现对肿瘤组织的特异性定植。随后，李斯特菌侵染肿瘤细胞，并在肿瘤细胞内部表达具有免疫原性的破伤风毒素蛋白。由于大多数人在儿童时期都接种过破伤风疫苗，破伤风毒素蛋白特异性记忆T细胞会永久存在于血液循环中。此时，肿瘤内破伤风毒素的释放会重新激活这些T细胞，从而将免疫学上的冷肿瘤变为热肿瘤。同时，与低剂量吉西他滨（可降低免疫抑制）的联用，可有效加强T细胞反应。总的来说，本项研究提出了一种新的肿瘤治疗策略，这种疗法可有效的替代传统的抗原介导的免疫疗法，为胰腺导管腺癌等实体瘤的治疗提供了希望。（https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abc1600）
无细胞蛋白合成（cell-free protein synthesis, CFPS）系统是一种被广泛应用于合成生物学的蛋白生产平台。然而，目前在CFPS系统中控制蛋白合成仍存在局限性。与传统添加化学品进行控制相比，使用温度控制（temperature-controlledCFPS, tcCFPS）可以实现精确的时空控制，且毒副作用小。近日，清华大学卢元课题组开发了基于阻遏蛋白cI的温控无细胞蛋白合成系统。温度约为30℃时，cI蛋白形成二聚体，与结合域结合并阻断RNA聚合酶的转录。当温度升高到37℃以上时，cI二聚体被释放，允许RNA聚合酶转录。最终使37℃时的蛋白生产效率变成30℃时的143倍。此外，研究人员还进一步构建了温度控制的人工细胞，扩大了tcCFPS的应用范围。总的来说，该研究为在无细胞系统中合成活性蛋白提供了一种新的有效方法。
08 Nature Communications
使用超声可控工程菌治疗癌症的新方法（24 March 2022）
细胞疗法目前已成为一类非常有效的癌症治疗技术，在这之中，目前研究最多使用最多的是免疫细胞疗法，其对于血液系统恶性肿瘤来说有非常出色的疗效。然而，由于实体瘤的免疫抑制微环境以及较差的穿透性，免疫细胞疗法对其作用十分有限。相反，这些免疫活性降低的微环境为某些细菌的生长创造了有利环境，这使得用工程化细菌治疗实体瘤成为可能。但是，细菌疗法也存在一个巨大缺陷，即少量的细菌也会被释放并定植到肿瘤以外的健康组织中，这会产生一定程度的安全问题。为了解决这一限制，加州理工学院的Mikhail G. Shapiro教授团队设计了一种聚焦式超声波控制的治疗性细菌。聚焦式超声波（focused ultrasound, FUS）是一种非侵入性的方法，其可以将深部组织（实体瘤）加热到一定温度，之后，再由温度驱动的启动子开启下游基因（文中使用CTLA-4和PD-L1）的表达，从而实现对肿瘤生长的抑制。通过高通量筛选等手段该团队优化了基因线路，最终成功在原位抑制了实体瘤的生长。总之，该技术的实现，为细菌疗法在各种生物和临床场景中的时空靶向提供了关键工具。
09 Communications BiologyNT-CRISPR，对需钠弧菌进行无标记无疤痕基因组编辑的新工具（25 March 2022）
快速生长的需钠弧菌（Vibrio natriegens）作为基础研究和生物技术的新型底盘生物，最近获得了越来越多的关注。为了充分的开发这种细菌的潜力，高效的基因组编辑方法是必不可少的。需钠弧菌可吸收游离的DNA并通过同源重组将其纳入其基因组。这种高效的自然转化能够介导其对多个DNA片段的吸收，从而允许同时进行多种编辑。最近，马尔堡大学的Anke Becker博士开发了NT-CRISPR技术。在两个时间上不同的步骤中，首先通过自然转化进行对基因组的编辑，再诱导CRISPR-Cas9针对野生型序列，从而导致非编辑的细胞死亡，由于杀伤效率高达99.999%，该方法无需抗生素抗性标记的整合，最终实现了单碱基精度的无痕无标记编辑。经测试，该方法的的删除、整合和点突变编辑效率高达100%，并且能实现对三个基因组目标区域的多重删除。
10 Metabolic Engineering使用光动力微生物质子泵系统对碳代谢进行光遗传学重编程（26 March 2022）
在微生物发酵生产中，ATP再生虽然对细胞过程至关重要，但与高效的目标化学品生产相冲突，因为ATP再生耗尽了目标化学品生物合成也需要的基本碳源。为了解决这一难题，静冈县立大学的KiyotakaY.Hara团队开发了使用具有光驱动质子泵活性的微生物视紫红质来补充ATP的方法，以促进各种化学品的生物生产。该团队首先在大肠杆菌中证明此前从Haloterrigena turkmenica中纯化得到的δ视紫红质（delta rhodopsin, dR）能够实现光驱动的ATP供应和代谢碳流的重新分配，以达到化学合成的目的。进一步研究中，该团队还发现了一种具有比dR更强的质子泵活性的新型视紫红质，并进一步构建了一个工程细胞，用于在胞内自主供应视紫红质的激活剂全反式视黄醛。总的来说，该研究通过使用光驱动ATP供体，减少了流向ATP再生途径的碳源，使微生物生产的碳利用效率得以提高。
（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1096717622000489）11 Marine Pollution Bulletin一种可以检测水体环境中丙烯酸单体的重组生物传感器（Volume 178，May 2022）
由于机械应力等原因，水环境中的微塑料会发生降解并生成丙烯酸等产物。目前来说，检测水环境中微塑料的降解产物面临着高成本和低通量的问题。本项研究中，来自芬兰的科研人员使用大肠杆菌作为底盘开发了一种基于生物发光的细菌生物传感器（pBAV1K-ACU-lucFF）。通过使用丙烯酸特异的启动子调控萤火虫荧光素酶（lucFF）的表达，实现了对丙烯酸的检测和量化。该技术具有高通量筛选的潜力，且通过重新设计传感器元件，该技术未来可以扩展到其他单体的检测。
（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X22002508）
产业资讯
Twist Bioscience公司（纳斯达克股票代码：TWST）是一家通过其硅基平台提供高质量合成DNA，帮助客户取得成功的公司。该公司今日宣布推出了封装在Imagene SA提供的专有不锈钢微胶囊中的特定SARS-CoV-2合成RNA阳性对照。密封的微胶囊为RNA对照提供了一个稳定的环境，便于在室温下长时间运输和储存脆弱的RNA，带来成本效益。
（https://mp.weixin.qq.com/s/Sr-7e5St2HjP2zsutKoIGQ）02 RootPath
RootPath宣布基因合成新技术，可将合成通量提升几个数量级（21 March 2022）
近日，RootPath公司宣布推出一项新技术，该技术有望实现高通量生产几千碱基长且基本无错误的基因片段，同时保持比当前低几倍的成本，从而大大提高长片段基因合成的经济性。
（https://www.builtwithbiology.com/read/rootpath-launches-elevating-throughput-of-gene-function-interrogation-by-orders-of-magnitude）
近期，苏州齐禾生科生物科技有限公司（以下简称“齐禾生科”）宣布完成由杏泽资本独家领投的逾亿元人民币种子轮融资，这也是中国已公布的基因编辑企业种子轮投资的最大手笔。本轮融资所募集资金将主要用于公司新一代基因编辑工具的开发，以及基因编辑技术在生物育种等各产业方向的应用。
（https://mp.weixin.qq.com/s/K3mOjOXfrZbvDpIDjTRopQ）04 Ecovative
菌丝体制造商Ecovative再添合作方，拟将第二代产品带入时尚业（22 March 2022）
近日，菌丝体技术公司Ecovative宣布与可持续鞋类生产商Vivobarefoot和创新材料研发公司PANGAIA开展联合研究合作，共同开发用于鞋类和时尚产品的定制菌丝体材料。
05 LifeMine Therapeutics
LifeMine Therapeutics宣布获得1.75亿美元的C系列融资（23 March 2022）
生物制药公司LifeMine Therapeutics Inc.宣布完成了1.75亿美元的C轮融资，该公司是一家通过从生物圈中挖掘基因编码小分子(GEMs)来重塑药物发现的公司。此次融资由新投资者FidelityManagement& Research Company领投，另外还有新投资者Invus和3W Partners Capital参与；葛兰素史克公司（GSK）也作为战略合作伙伴加入了这一轮融资。现有的投资者，包括GV、Arch Venture Partners、Blue Pool Capital和MRL Ventures Fund，也参与其中。
06 Spotlight
Spotlight获3650万美元B轮融资，用于推动非病毒基因编辑疗法的商业化（24 March 2022）
SpotlightTherapeutics, Inc.("Spotlight")是一家应用新见解开发细胞靶向体内CRISPR基因编辑生物制品的生物技术公司。该公司宣布获得3650万美元的B轮融资，用于推动其非病毒基因编辑疗法的商业化。本轮融资由新投资者GordonMD Global Investments和EPIQ CapitalGroup共同牵头，Magnetic Ventures以及现有投资者GV（原Google Ventures）和Emerson Collective及其他投资者参与。GordonMD全球投资公司的创始人、首席执行官和首席信息官Craig Gordon医学博士加入了公司董事会。
（https://mp.weixin.qq.com/s/O2qzj7L1-QINAkuAFoO_lw）--------
撰文 | 岳震
编辑 | 李佩芸