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合成生物学解决方案

合成生物学解决方案

1. 行业背景


合成生物学通过工程化设计和改造生物系统,实现高效的生物制造,正在重塑化工、医药、食品、农业、材料等传统产业。从氨基酸、有机酸到⽣物燃料,从重组蛋白到天然产物,合成生物学的应用场景持续扩展。

微生物底盘细胞的高效改造是合成生物学的核心环节。传统的同源重组方法效率低、周期长,而CRISPR基因编辑技术的引⼊极⼤地加速了菌株工程化进程,使多基因协同改造、代谢通路精准调控成为可能。


2. 行业痛点


(1)底盘细胞改造:

传统同源重组效率低,筛选工作量大;多基因同时改造困难,迭代周期长;不同微⽣物的编辑⼯具差异⼤,通用性差。


(2)代谢通路优化:

目标产物合成涉及多个基因,需要协同调控;前体供给、辅因⼦平衡、产物毒性等系统性问题;缺乏高通量的基因型-表型关联⽅法。


(3)菌种筛选与评估:

高产菌株筛选通量低;基因组⽔平的稳定性评估手段有限;工业化放⼤过程中的遗传稳定性问题。


(4)噬菌体工程:

噬菌体基因组改造技术不成熟;噬菌体疗法的安全性评估缺乏标准。


3. 解决方案概述


舒桐科技基于成熟的微生物基因编辑平台,为合成生物学客户提供"底盘细胞构建→代谢工程改造→高通量筛选→基因组稳定性评估"的全流程解决方案,覆盖细菌、酵母、真菌和噬菌体等多种微⽣物体系。


核心服务板块
  • 微生物编辑平台
  • 噬菌体基因编辑
  • 代谢工程策略支持
  • 高通量筛选平台
  • 基因组分析与质控

类别

物种

编辑方法

应用领域

革兰氏阴性菌

大肠杆菌

CRISPR-Cas9/Cas12a、Rec 重组

重组蛋白、氨基酸、有机酸

肺炎克雷伯菌

CRISPR 系统

1,3 - 丙二醇、2,3 - 丁二醇

革兰氏阳性菌

枯草芽孢杆菌

CRISPR-Cas9

酶制剂、抗菌肽

谷氨酸棒杆菌

CRISPR 系统

氨基酸生产

乳酸杆菌

CRISPR 系统

益生菌、乳酸

链球菌

CRISPR 系统

透明质酸

酵母

酿酒酵母

CRISPR-Cas9

乙醇、萜类、蛋白

毕赤酵母

CRISPR 系统

重组蛋白表达

解脂耶氏酵母

CRISPR 系统

脂肪酸、脂质

丝状真菌

黑曲霉

CRISPR 系统

有机酸、酶

白色念珠菌

CRISPR 系统

疾病模型

噬菌体类型

服务内容

应用场景

M13 噬菌体

基因组改造

噬菌体展示、纳米材料

T7 噬菌体

基因组改造

噬菌体疗法、分子生物学工具

λ 噬菌体

基因组改造

基因递送、表达系统

金黄色葡萄球菌噬菌体

基因组改造

噬菌体疗法

定制噬菌体

分离 + 改造

特定宿主的噬菌体工程


策略类型

方法

目的

通路设计

生信分析 + 文献调研

确定改造靶点

前体强化

上游通路过表达

增加前体供给

竞争阻断

旁路敲除

减少代谢流分流

产物输出

转运蛋白过表达

降低胞内产物毒性

辅因子平衡

NADH/NADPH 调控

氧化还原平衡

调控解除

反馈抑制位点突变

解除产物抑制


筛选方法

原理

应用

细菌 CRISPR 文库

全基因组 sgRNA 文库

必需基因、耐受基因发现

Tn-seq

转座子插入 + 测序

必需基因、条件必需基因

生长竞争筛选

不同条件下丰度变化

胁迫耐受基因

报告基因筛选

荧光 / 发光报告

启动子、调控元件筛选


服务项目

方法

目的

全基因组测序

二代 / 三代测序

基因组结构确认

编辑验证

PCR + 测序

确认编辑结果

传代稳定性

多代次测序

评估遗传稳定性

比较基因组

SNP/Indel/SV 分析

改造前后变化分析


典型应用场景
氨基酸生产菌株构建
目标:构建⾼产L-赖氨酸的⾕氨酸棒杆菌
改造策略:
1. 敲除lysE(赖氨酸输出负调控)
2. 过表达dapA(⼆氢吡啶⼆羧酸合酶)
3. 敲除hom(苏氨酸合成旁路)
4. 启动⼦替换优化关键酶表达
萜类化合物合成
⽬标:在酿酒酵母中异源合成青蒿素前体
改造策略:
1. 引⼊青蒿素合成通路基因(ADS、CYP71AV1等)
2. 过表达MVA通路增强前体供给
3. 敲除ERG9减少前体竞争
4. 多位点CRISPR⼀步整合
工业酶定向进化
目标:提⾼淀粉酶的热稳定性
改造策略:
1. 构建突变⽂库(易错PCR或饱和突变)
2. ⾼温条件下活性筛选
3. 正向突变位点组合
4. 迭代优化
噬菌体疗法开发
目标:改造⾦葡菌噬菌体⽤于耐药菌感染治疗
改造策略:
1. 噬菌体分离与鉴定
2. 敲除溶原相关基因(确保裂解性)
3. 敲除毒⼒基因(安全性)
4. 宿主谱拓宽改造
服务模式
模式一:基因组分析服务
从策略设计到交付改造菌株:
改造策略咨询
基因编辑执⾏
改造菌株验证
初步表型评估
模式二:高通量筛选服务
针对已有菌株的优化:
CRISPR⽂库/Tn-seq筛选
⾼通量表型筛选
候选位点验证
优化策略建议
模式三:基因组分析服务
菌株的基因组质控:
全基因组测序
编辑位点确认
传代稳定性评估
...

4. 客户价值


(1)客户收益

  • 效率提升CRISPR技术加速改造周期, 从月级缩短到周级。

  • 多位点编辑一次实现多基因协同改造, 减少迭代轮。

  • 广泛物种覆盖支持主流工业微生物和特殊菌。

  • 专业支持提供代谢工程策略建议,不只是执行层面服务。


(2)为什么选择舒桐

  • 广泛的物种覆盖:建立了针对细菌、酵母、真菌、噬菌体的系统性基因编辑平台,非单一物种服务商。

  • 工业导向:理解合成生物学的产业化需求,关注改造效率和遗传稳定性,而非仅停留在实验室阶段。

  • 全流程能力:从策略设计到基因组分析,具备全链条服务能力。