美國(guó)啟動(dòng)個(gè)性化保護(hù)生物系統(tǒng)計(jì)劃

化學(xué)和生物威脅日益普遍和多樣化，對(duì)應(yīng)對(duì)傳染病大流行的醫(yī)護(hù)人員和需要面對(duì)各種復(fù)雜環(huán)境作戰(zhàn)的士兵構(gòu)成了威脅。目前最先進(jìn)的防護(hù)設(shè)備過(guò)于厚重，嚴(yán)重限制了使用者的機(jī)動(dòng)能力。

2021年4月，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“個(gè)性化防護(hù)生物系統(tǒng)”（PPB）的計(jì)劃，其目的是開(kāi)發(fā)針對(duì)化學(xué)和生物威脅的輕便防護(hù)裝備以及提高個(gè)人防護(hù)的技術(shù)。這將通過(guò)輕質(zhì)材料和適應(yīng)性強(qiáng)的組織保護(hù)對(duì)策來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些對(duì)策可以獨(dú)立發(fā)揮作用，也可以作為一個(gè)整體，提供按需、廣譜和快速保護(hù)。

目前DARPA已經(jīng)與FLIR Systems、Leidos和Charles River Analytics3家公司簽署合同，利用分子技術(shù)和共生生物來(lái)減輕防護(hù)裝備。該項(xiàng)目將持續(xù)5年，分為兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域（TA）——TA1技術(shù)領(lǐng)域、TA2技術(shù)領(lǐng)域，前者旨在為化學(xué)和生物威脅和人體進(jìn)行外部接觸時(shí)提供100%的生存能力，后者旨在消除化學(xué)和生物威脅對(duì)皮膚、氣道、眼部等脆弱內(nèi)部組織屏障的威脅。如果PPB技術(shù)研發(fā)成功，或許可以徹底改變軍方和公共衛(wèi)生界應(yīng)對(duì)不可預(yù)測(cè)的威脅環(huán)境的策略，也可以為已知和新興傳染病提供預(yù)防和治療方案。

科學(xué)家設(shè)計(jì)益生菌生產(chǎn)β—胡蘿卜素

近日，《美國(guó)化學(xué)會(huì)合成生物學(xué)雜志》報(bào)道，北卡羅萊納州立大學(xué)研究者對(duì)一種益生菌酵母進(jìn)行了基因改造，使其在無(wú)菌小鼠腸道中產(chǎn)生β—胡蘿卜素。該研究提供了一套利用基因工具來(lái)修飾益生菌酵母進(jìn)行生產(chǎn)的全部流程。

布拉酵母菌是一種益生菌酵母，可以耐受胃酸，在哺乳動(dòng)物腸道中存活和繁殖，并且抑制有害細(xì)菌引起的腸道感染。該益生菌還易于轉(zhuǎn)化，可以在腸道中產(chǎn)生溶菌酶、IL-10等治療性蛋白質(zhì)。

研究者驗(yàn)證了兩種廣泛使用的CRISPR系統(tǒng)和專用于釀酒酵母數(shù)十種基因修飾工具在布拉酵母菌中的適用性，說(shuō)明該益生菌是一種有潛力的生物制造菌種。研究者首先對(duì)布拉酵母菌的工程基因表達(dá)進(jìn)行了迄今為止最全面的分析，在基于質(zhì)粒和基因組的背景下，對(duì)布拉酵母菌遺傳部件（啟動(dòng)子、選擇性標(biāo)記、復(fù)制起源和終止子）的特征庫(kù)進(jìn)行了描述。然后，研究者應(yīng)用這些部件首次構(gòu)建了具有高水平的維生素前體（β—胡蘿卜素）和藥物生產(chǎn)的布拉酵母菌株系。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)布拉酵母菌可以在無(wú)菌小鼠腸道中穩(wěn)定定居超過(guò)30天，并與共生微生物競(jìng)爭(zhēng)利基空間，在正?；蛘呖股靥幚淼男∈竽c道中停留時(shí)間短（1~2天）。最后，研究者在14天的時(shí)間內(nèi)在無(wú)菌小鼠腸道中合成β—胡蘿卜素（194μg）。

該研究是科研人員首次在菌株中證明了異源小分子的原位生產(chǎn)，這項(xiàng)工作確立了在哺乳動(dòng)物腸道內(nèi)設(shè)計(jì)布拉酵母菌以生產(chǎn)小分子藥物的能力，并提供了一套可以調(diào)節(jié)滴度的工具。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1021/acssynbio.0c00562

新發(fā)現(xiàn)解析綠色化學(xué)關(guān)鍵光酶作用過(guò)程

光酶是罕見(jiàn)的生物催化劑，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。脂肪酸光脫羧酶（FAP）是一種天然的光酶，存在于微藻（如小球藻）中，在碳?xì)浠衔锏纳锖铣芍芯哂袧撛诘膽?yīng)用價(jià)值，但其作用機(jī)制還遠(yuǎn)未被完全理解。

近日，《科學(xué)》報(bào)道，法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、歐洲同步輻射裝置加速器等機(jī)構(gòu)的研究人員組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)對(duì)FAP光驅(qū)動(dòng)碳?xì)浠衔锏男纬蛇M(jìn)行了詳細(xì)和全面的描述，該研究有望促進(jìn)綠色化學(xué)的發(fā)展。

FAP已經(jīng)在2017年被發(fā)現(xiàn)能夠利用光能從微藻產(chǎn)生的脂肪酸中產(chǎn)生碳?xì)浠衔铩榱岁U明FAP的作用機(jī)制，此次實(shí)驗(yàn)中，研究者結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)（包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)晶體學(xué)、光譜學(xué)、生物化學(xué)和計(jì)算方法）來(lái)對(duì)比研究小球藻的野生型和突變體的活性位點(diǎn)殘基改變。研究表明，F(xiàn)AP被照射并吸收光子，電子在300皮秒內(nèi)從藻類產(chǎn)生的脂肪酸中被剝離，將該脂肪酸解離成烴前體和二氧化碳，產(chǎn)生的大部分二氧化碳在100納秒內(nèi)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽。該過(guò)程需要光但不妨礙光合作用：吸收光子的FAP內(nèi)的黃素分子彎曲，這種構(gòu)象將分子的吸收光譜移向紅色，不占用微藻光合作用的光子。

該研究將有助于擴(kuò)大綠色化學(xué)的工具箱，為利用生物體自然產(chǎn)生的脂肪酸可持續(xù)生產(chǎn)生物燃料開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)，也有望推動(dòng)綠色化學(xué)生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)、化妝品和藥劑學(xué)的高附加值化合物。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abd5687

（吳曉燕編譯）