项目名称

千碱基对及以上的大片段DNA精准高效编辑技术开发

研究背景

聚焦工业细菌、酵母等底盘，借鉴PCE等技术研发差异化精准编辑体系，突破大片段插入、替换及倒置重排等结构化编辑难题；通过构建通用模块化方法，实现复杂序列一次性重构并确保遗传稳定性，奠定通路级改造基础。

技术攻关

方向

1. 工业细菌和酵母中kb级大片段DNA编辑体系构建：突破传统小步改造局限，实现插入、替换与删除等通用流程。

  2. 大片段供体DNA递送、定位与利用效率提升：优化供体稳定性和利用率，并考察CRISPR-Cas相关转座酶，提升kb级编辑成功率。

  3. 多位点与复杂结构的一步式基因组重构技术开发：支持多位点同步及组合式编辑，为代谢通路与基因簇重构提供方法学支撑。

  4. 编辑质量评价体系：通过深度测序与完整性分析评估准确性，明确质控标准与技术适用范围。

考核指标

1. 建立细菌/酵母kb级编辑流程，单位点效率分别≥15%/≥5%。

  2. 实现两位点同步一步式编辑，综合效率≥5%。

  3. 连接点准确率≥90%，连续传代50代编辑保留率≥90%，无非预期结构变异。

项目名称

底盘细胞氧摄取功能强化及其在生物制造中的效能验证

研究背景

聚焦大肠杆菌、酿酒酵母等底盘的VHb及其他氧结合蛋白定向改造。针对异源表达效果参差及胞内氧气接触受限等瓶颈，开展系统性的元件筛选和针对特定酿造体系微生物特征的适配性改造，提升氧利用效率、发酵密度和产物得率，为底盘细胞理性设计与生物制造应用验证提供支撑。

技术攻关

方向

1. 采用易错PCR、饱和突变和理性设计构建VHb及脑红蛋白、肌红蛋白等突变体库，挖掘≥20个功能元件，筛选≥5个核心元件。

2. 构建胞内/周质空间等表达系统，在相同培养基、通气和搅拌条件下，实现菌体密度较野生型提升≥15%。

3. 利用多组学解析表达系统差异，比较氧传质系数、单位细胞产率及产物得率变化，阐明氧利用强化机制。

考核指标

1. 构建氧结合蛋白突变体库，获得≥20个功能元件。

2. 获得≥5个提高菌株氧摄取及生物量的氧结合蛋白元件。

3. 菌密度较野生型提升≥15%，单位细胞产率或产物得率提升≥10%，并完成氧传质系数对比。

项目名称

基于AI技术的面向胁迫条件的σ⁵⁴启动子设计

研究背景

σ⁵⁴启动子天然关联氮代谢与环境响应，但天然数量有限且宿主依赖性强，模式菌株来源的启动子在特定体系下适配性不足。区别于ProPr54等工具，本项目整合工业环境模式物种数据与高通量闭环验证，构建适配工业胁迫环境的人工元件库。

技术攻关

方向

1.多维特征数据库构建：整合工业环境模式物种来源的σ⁵⁴启动子及调控信息，建立“序列—功能—条件”多维标准化数据库。

2.AI驱动定向设计：开发融合机制约束、宿主σ因子竞争和主动学习的生成预测模型，优化强度与动态范围。

3.高通量表征与迭代：构建启动子文库，在盐、pH和寡营养等典型胁迫下表征，闭环优化模型。

4.底盘适配与应用验证：在典型工业底盘中验证人工元件性能，建立表达梯度元件库。

考核指标

1.建立σ⁵⁴元件预测模型，以实验验证结果评价，准确率≥70%。

2.完成≥2类典型胁迫条件下的文库测试验证。

3.获得≥5条优于现有最优元件的σ⁵⁴人工元件，在至少4种底盘验证，涵盖革兰氏阳性菌和阴性菌。

项目名称

真核细胞正交转录系统构建

研究背景

正交转录系统可实现外源基因独立可控表达，与内源转录互不干扰。本项目以酵母为目标底盘，评估T7等噬菌体RNA聚合酶的细胞毒性、转录本加帽及宿主兼容性，构建真核正交转录平台。

技术攻关

方向

1.底层转录元件库开发：筛选低毒性噬菌体RNA聚合酶与病毒加帽酶，构建高强度且相互正交的真核转录元件库。

2.复杂调控基因线路搭建：基于正交元件库设计逻辑运算线路，实现真核细胞内目标蛋白表达的人工精确调控。

3.特色底盘细胞构建应用：开发酵母底盘，精准操纵蛋白表达网络，提升高附加值产物产量与质量。

考核指标

1.开发5种以上高强度正交启动子，交叉激活率≤10%、泄漏表达≤5%。

2.设计至少2种基因线路控制目标蛋白表达。

3.构建至少1种酵母底盘，生产2种产物。

项目名称

基于紫红色素表型的次级代谢产物合成基因簇挖掘

研究背景

紫红色素具有潜在应用价值，但酿造体系中紫红色菌落的目标色素类别及基因簇尚不明确。本项目先开展UV、LC-MS等初步化学定性，再定向分离候选菌株、挖掘合成基因簇，为绿色生物制造提供资源与理论依据。

技术攻关

方向

1.以紫红色素表型为导向，从酿造体系中分离候选菌株，明确色素化学类别及应用价值。

2.通过基因组测序，采用antiSMASH、PRISM、DeepBGC交叉预测候选生物合成基因簇。

3.按基因簇类型选择链霉菌、大肠杆菌或酵母异源表达，完成产物结构鉴定、基因簇表征及初步安全性评价。

考核指标

1.获得2-3株高产紫红色素候选菌株，完成基因组测序及基因簇预测。

2.克隆1-2个候选紫红色素生物合成基因簇，并构建异源表达体系。

3.完成关键基因簇表征及产物结构鉴定。

项目名称

微生物合成黄胭脂酮酸的途径解析

研究背景

黄胭脂酮酸具有抗炎、抗氧化活性，但其化学结构和生物合成途径报道较少。本项目先通过HRMS/NMR完成结构确证，结合文献调研明确合成逻辑和关键酶，再挖掘微生物合成途径，为绿色生物制造奠定基础。

技术攻关

方向

1.利用选择性培养与代谢分析，从酿造体系分离候选微生物，结合结构确证挖掘关键合成基因。

2.基于已知合成逻辑，重构来自不同菌株的2条候选合成通路并开展异源表征。

3.筛选优势表达宿主并构建异源表达菌株，开展初步发酵条件优化与产量评价。

考核指标

1.明确2-3株含有与黄胭脂酮酸合成相关基因的微生物。

2.完成来自不同菌株的2条候选合成通路重构与表征。

3.获得1-2株优势宿主异源表达菌株，完成初步发酵优化及产量评价。

项目名称

微生物姜黄烯合成能力的系统生物学评估

研究背景

姜黄烯是一种具有温和独特香气的倍半萜化合物，在酿造体系中的报道较少。前期需以GC-MS谱图和保留指数等证据确认。本项目拟系统筛选酿造源合成菌株，挖掘姜黄烯合酶并优化发酵。

技术攻关

方向

1.分离酿造体系中的细菌、酵母及丝状真菌，建立不少于500株的微生物菌株库。

2.采用GC-MS、标准品和保留指数筛选姜黄烯阳性菌株；标准品难获取时采用谱库与保留指数双重确证。

3.优化碳源、温度、pH等发酵条件，并从阳性菌株中克隆表征姜黄烯合酶基因。

考核指标

1.建立不少于500株的微生物菌株库，完成鉴定与保藏。

2.筛选出1-3株能天然合成姜黄烯的微生物，并完成保藏。

3.确定最优发酵条件，姜黄烯产量达到mg/L级，并鉴定至少1个合酶基因。

项目名称

抗炎分子杜松烯合成机制解析

研究背景

δ-杜松烯是一种具有木质香气的双环倍半萜化合物。当前微生物合成存在天然宿主效率低、植物源合酶适配性差等问题。本项目拟挖掘酿造源合成菌株，建立手性检测方法，解析合成机制，并与其他萜烯项目共享菌株和组学数据。

技术攻关

方向

1.采用多种选择性培养基及不同培养条件（好氧/厌氧、温度梯度）分离酿造体系中的细菌、酵母菌和丝状真菌，建立酿造微生物菌株库并完成种属鉴定。

2.建立标准化发酵体系，采用标准品、GC-MS及手性分析筛选稳定合成δ-杜松烯的阳性菌株并保藏。

3.联合基因组与转录组筛选候选倍半萜合酶，开展异源表达、体外酶活及动力学表征。

考核指标

1.筛选1-3株稳定合成δ-杜松烯的微生物，通过GC-MS和手性分析完成确证并保藏。

2.鉴定1-3个催化δ-杜松烯的关键倍半萜合酶基因，完成体外酶活和动力学表征。