近日，中国科学院合肥物质院智能所工业微生物课题组王鹏团队在食品级工业菌株—谷氨酸棒杆菌的合成生物学工具开发中取得重要进展。团队以谷氨酸棒杆菌为底盘细胞创新性提出了一种“5′端翻译化”策略，有效克服了基因表达中的序列上下文依赖性，并在此基础上迭代升级，成功构建了高效的无前导（leaderless）多顺反子翻译放大器。相关成果已在线发表于一区TOP期刊 Journal of Agricultural and Food Chemistry上。
在工业菌株的基因表达中，基因工具往往会受到周围DNA序列“环境”（即上下文依赖性）的干扰，导致其不兼容、不稳定，这成为制约合成生物学工具通用性的关键难题。在传统的基因表达盒设计中，5′非翻译区（5′UTR）仅作为被动的结构元件，极易产生功能冗余并引发不可预测的结构干扰。
针对这一难题，研究团队以谷氨酸棒杆菌为底盘细胞，创新性地提出了一种“5′端翻译化”策略。该策略将原本闲置的非编码基因区域5′UTR，重新工程化为可主动驱动生产的活跃元件—前顺反子。在此基础上，团队通过迭代串联多个高翻译活性的前顺反子，成功构建出多顺反子功能模块PCDs—即一种高效、通用的leaderless翻译放大器。该模块展现出卓越的“即插即用”特性，能够克服序列上下文依赖性，实现功能元件的独立与稳健。
作为强效的翻译放大器，PCDs在极大程度上将目标蛋白的表达量与mRNA丰度实现了深度解耦，且在整个表达过程中不额外增加底盘细胞的代谢负荷。在实际应用验证中，团队以重组疫苗抗原（OmlA）和天然食品级色素（indigoidine）的生产为模型。利用该系统，两者的产量分别被显著提升了4.07倍和7.33倍，充分展示了该工具在复杂代谢途径优化和高附加值化学品生产中的巨大应用潜力。
智能所孙曼曼特任副研究员、叶斌硕士研究生为论文的共同第一作者，智能所王鹏研究员与香港科技大学高雄博士后为共同通讯作者，本研究获得了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、长三角科技创新共同体联合攻关项目以及安徽省自然科学基金等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6c05362
图 leaderless多顺反子表达设计（PCDs）
