科｜技｜突｜破
Science Breakthrough
Nat Commun：超高活性的腺嘌呤碱基编辑器及超高活性双碱基编辑器 | 基因编辑
Biotechnol. Bioeng：基因改造创制抗发炎甜菜色素番茄 | 基因编辑
Green Chem：利用工程酵母实现非天然人参皂苷从头全合成 | 合成生物
Acs Central Sci：利用光将木质素转化为可持续塑料 | 生物基新材料
Nature：可模拟蛋白质的无规杂聚物集合 | AI计算
Science：利用动物衍生的纳米抗体来提高植物免疫力 | 植物免疫
01 科｜技｜突｜破
Nat Commun：超高活性的腺嘌呤碱基编辑器及超高活性双碱基编辑器 | 基因编辑
单核苷酸变异(SNV)在疾病相关的突变中占近60%，因此开发高效精确的基因编辑工具对于治疗棘手的遗传疾病带来了希望。华东师范大学张晓辉课题组研究通过融合单链DNA结合蛋白Rad51DBD以及TadA-8e，开发了超高活性的腺嘌呤碱基编辑器hyABE,极大的提高了对靠近PAM区A的编辑效率以及超高活性的双碱基编辑器eA&C-BEmax,hyA&C-BEmax,大幅提高对A/C同时的编辑效率。该研究首先采用了此前开发hyCBE的策略，在ABEmax,ABE8e上融合单链DNA结合蛋白Rad51DBD,测试了不同的融合策略，发现ABE8e-M-Rad51DBD表现最优，在对hyABE进行25个靶点的评估后，发现hyABE在A2-A9与ABE8e有着相似的编辑效率，但在A10-A15位，hyABE的编辑效率高于ABE8e，最高可提高7倍。研究表明优化后碱基编辑具有较高的特异性。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36887-1
Biotechnol. Bioeng：基因改造创制抗发炎甜菜色素番茄 | 基因编辑
番茄富含多种营养素，还具有抗氧化、预防动脉硬化和癌症的功效，但仍待开发更多具有更多功效番茄。日本东京理科大学联合岩手生物工学研究中心投入番茄的基因改造工程，公开团队已生产出含有显著抗发炎作用“甜菜色素”的番茄。研究团队利用代谢工程将非石竹目的植物进行基因改造，让甜菜色素更容易被取得。同时研究团队已成功在马铃薯和番茄上进行甜菜苷与异甜菜苷的内源性积累，与野生型作物相比这些色素积累会使成熟的番茄与马铃薯呈现深红色。研究团队进一步针对治疗功效进行测试，发现基因转殖番茄的萃取物比野生型的抗发炎活性更高。
透过基因工程生产的番茄在健康促进上有显著效果，天然来源的甜菜色素在高温和极端pH值下稳定性较差，这意味着生产具有甜菜色素的基因转殖番茄在以其原始状态摄入时，更有可能发挥健康食品的作用。尽管日本目前没有对可食用的基因转殖作物进行商业种植，但该技术具有广泛前景，将其视为保健食品并在植物工厂或其他设施中生产，可使基因重组植物在日本被广泛应用。
原文链接：
https://www.foodnext.net/science/technology/paper/5593794172
Green Chem：利用工程酵母实现非天然人参皂苷从头全合成 | 合成生物
人参皂苷具有抗癌、抗炎、抗糖尿病等多种药理活性。以原人参二醇（PPD）为前体化学合成的C12-OH糖基化皂苷12β-O-Glc-PPD 比天然人参皂苷具有更强的抗肺癌活性。中国医科院药物所朱平团队利用代谢工程和蛋白质工程相结合的绿色合成技术在酿酒酵母中生产非天然人参皂苷12β-O-Glc-PPD。团队首先利用蛋白质工程获得UGT109A1突变体UGT109A1-K73A，然后从短乳杆菌中筛选获得能够高效水解3β,12β-Di-O-Glc-PPD 的C3位糖基从而生成12β-O-Glc-PPD的β-糖苷酶Bgy2，最终通过模块化工程策略将UGT109A1-K73A和Bgy2基因转入优化过的产PPD的酿酒酵母底盘细胞，构建了12β-O-Glc-PPD的生物合成途径。在摇瓶水平，工程菌中12β-O-Glc-PPD的产量可达38.6 mg/L。该工作为深入开展12β-O-Glc-PPD的抗肿瘤药物研发奠定了基础。
原文链接;
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/gc/d2gc04380g
Acs Central Sci：利用光将木质素转化为可持续塑料 | 生物基新材料
从石油过渡到生物质作为能源和材料生产的原料，可以帮助解决社会面临的一些最重要的挑战。美国波士顿学院研究人员开发出一种利用光将木质素转化为可持续塑料的方法。研究团队先开发出一种催化剂，利用光选择性地分解木质素中的特定化学键，从而使木质素转化为中等大小的可溶性低聚物分子，再将低聚物与交联剂发生反应转化为可持续塑料。由于通过催化剂产生的低聚物具有独特的化学结构，因此采用该方法制成的塑料可以重新被化学分解为低聚物，并再次与交联剂发生反应进行重整。该研究将显著提高生物质的利用效率，可用于开发更清洁和更环保的构件。
原文链接：
DOI: 10.1021/acscentsci.2c01257
Nature：可模拟蛋白质的无规杂聚物集合 | AI计算
通过学习自然界中蛋白质组成和性质，开发出与生物相容的合成高分子材料前景广阔，但是设计及制备过程仍存在障碍。加州大学伯克利分校徐婷教授课题组利用蛋白质的序列信息，开发了一种人工聚合物的设计框架，以合成无规杂聚物集合，实现了模拟蛋白质混合物的目标。研究团队首先构建出无规杂聚物（RHP），从一个叫做UniProt的数据库中提取了近6万个蛋白质的50个氨基酸段的序列，并转化为由4个合成单体组成的序列。通过将各种蛋白质的片段特征汇集到一个图表中，形成一个设计图，设计图中所代表的RHP和蛋白质集合的重叠程度，与RHP与其他蛋白质 "融合 "的能力之间有直接的关系。
这项研究开发了一个设计框架，将蛋白质片段的氨基酸序列转化为人工合成聚合物，合成出模拟蛋白质混合物的聚合物集合体，从而提高材料与环境的兼容性。通过设计材料集合体，而非精确的单一分子，可确保系统兼容性，是一种更有效的方法。同时，这种方法能够将设计的聚合物与生物组分相匹配，从而创建混合的生物-非生物材料。这一信息驱动的设计方法可能会从根本上改变生物材料的工程化方法。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05675-0
Science：利用动物衍生的纳米抗体来提高植物免疫力 | 植物免疫
植物NLR能识别一些效应子抑制甚至阻止病原菌的增殖，若让替换的整合结构域与不同效应子结合，能否让NLR具有对不同效应子的识别能力？英国东英吉利大学塞恩斯伯里实验室Sophien Kamoun团队研究提出利用动物衍生的纳米抗体应用于提高植物免疫力的新策略，利用动物免疫系统帮助进行受体修改，在感染一种新病原体期间，动物最终选择并大量产生那些最能瞄准入侵者的抗体，即纳米抗体，随后研究人员转向了两种标准的骆驼类纳米抗体，将其序列与水稻中发现的NLR（Pikm-1）中的整合结构域序列进行替换，然后将改造后的Pikm-1与荧光蛋白在本氏烟中共表达，结果表明，虽然不是所有纳米抗体都可以，但是纳米抗体确实能够让NLR获得识别荧光蛋白的能力，使NLR识别荧光蛋白并引起HR。
为进一步验证该方法是否可以增强植物抗性，研究团队利用表达GFP和mcherry的马铃薯X病毒（PVX），当PVX-GFP或PVX-mcherry与相应的纳米抗体改造后的NLR共表达时，病毒的增殖被显著的抑制了，这表明改造NLR确实能够增强植物的抗性。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4116
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