伦斯勒理工学院 E
大肠杆菌已经被重新编程来生产硫酸软骨素，一种复杂的糖
学分:伦斯勒理工学院 设想一种无动物的药物供应，科学家们首次对一种普通细菌进行了重新编程，以制造一种用于药物和保健品的设计多糖分子
今天发表在《自然通讯》上，研究人员修改了E
大肠杆菌产生硫酸软骨素，硫酸软骨素是一种以治疗关节炎的膳食补充剂而闻名的药物，目前来源于牛气管
基因工程大肠杆菌
大肠杆菌被用来制造一长串药用蛋白质，但它花了数年时间才诱导细菌产生这类连接糖分子中最简单的分子——被称为硫酸化糖胺聚糖——它们通常被用作药物和保健品
“这是对工程师E的挑战
伦斯勒理工学院的首席研究员兼化学和生物工程教授马特奥斯·科法斯说:“我们必须做出许多改变并平衡这些改变，这样细菌才能正常生长。”
“但这项工作表明，用大肠杆菌生产这些多糖是可能的
大肠杆菌，并且该过程可以扩展到生产其他硫酸化糖胺聚糖
" 在伦斯勒，考夫斯与化学和生物工程教授乔纳森·多迪克以及化学和化学生物学教授罗伯特·林哈特一起工作
这三个人都是生物技术和跨学科研究中心的成员
多迪克是利用酶进行材料合成和设计生物分子工具以开发更好药物的先驱
林哈特是多糖专家，也是世界上最重要的血液稀释剂肝素的权威之一，肝素是一种硫酸化的糖胺聚糖，目前来源于猪肠
开发出第一种合成肝素的林哈特说，工程E
与目前的提取方法甚至化学酶法相比，大肠杆菌生产药物具有许多优点
林哈特说:“如果我们化学酶法制备硫酸软骨素，我们生产一克，需要一个月的时间，有人打电话给我们说，‘好吧，现在我需要10克’，我们将不得不再花一个月的时间来生产10克。”
“然而，通过发酵，你把工程生物扔进一个烧瓶，你就有了材料，不管是1克、10克还是1千克
这是未来
" “赋予一种简单细菌只有在动物身上才有的生物合成途径的能力，对于商业规模的合成至关重要
同样重要的是，我们在E
大肠杆菌的结构与用作膳食补充剂的相同
”多迪克说
考夫斯概述了该团队在细菌中构建以生产硫酸软骨素的三个主要步骤:引入基因簇以产生未磺化多糖前体分子，对细菌进行工程改造以获得大量能量昂贵的硫供体分子，以及引入硫转移酶以将硫供体分子置于未磺化多糖前体分子上
引入一种有效的磺基转移酶带来了特别困难的挑战
“硫转移酶是由更复杂的细胞构成的，”考夫斯说
“当你把它们从复杂的真核细胞中取出，放入大肠杆菌中
大肠杆菌，它们根本不起作用
你基本上什么也得不到
所以我们必须做相当多的蛋白质工程来使它工作
" 该团队首先产生了这种酶的结构，然后使用一种算法来帮助识别他们可以对这种酶进行的突变，以产生一种在大肠杆菌中工作的稳定版本
大肠（杆）菌的
虽然改装过的E
大肠杆菌的产量相对较小——大约每升微克——它们在普通的实验室条件下茁壮成长，为这一概念提供了有力的证明
“这项工作是生物制品工程和制造的一个里程碑，它在几个领域开辟了新的途径，如治疗学和再生医学，这些领域需要大量特定分子的供应，这些分子的生产因衰老和疾病而丧失，”CBIS的主任迪帕克·瓦希什思说
“这种进步是在跨学科的环境中诞生和发展的，这是通过CBIS伦斯勒大学独特的知识和资源整合而实现的
"
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