Trends Biotech开始发表原创研究，9个月以来，有哪些重磅文章？

对红树林土壤微生物组进行工程改造，以选择可降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的细菌联合体

红树林（Mangroves）承受着多种环境胁迫的影响，包括海平面上升、侵蚀和塑料污染，因而红树林土壤可能是尚未发现的塑料转化微生物的极佳来源。基于此，来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Diego Javier Jiménez及同事于Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology发表题为“Engineering the mangrove soil microbiome for selection of polyethylene terephthalate-transforming bacterial consortia”的研究文章，评估了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）颗粒和海水入侵对红树林土壤微生物组的影响，并进行了富集培养实验以人工筛选能够转化PET的微生物群落。对两个细菌菌群的宏基因组组装基因组（MAGs）的分析表明，PET分解代谢可由多个类群完成，其中特定物种含有假定的新型PET活性水解酶。研究发现，这些菌群中的一个关键成员（Mangrovimarina plasticivorans的新属、新种）包含两个编码单羟基乙基对苯二甲酸（MHET）水解酶的基因。这项研究为开发土壤微生物群在实践中的应用提供了新信息，也推动了对于海洋相关系统中微生物介导的PET转化所涉及的生态学和酶学的了解。

最大化复杂化合物与燃料的半连续生物制造：以紫穗槐-4,11-二烯为例

生物制造（biomanufacturing）正迅速发展为利用工程微生物实现化学品、材料和食品配料可持续生产的关键技术。然而，尽管在该领域已投入数十亿美元的研发资金，但由于对工业规模的生物工艺设计与创新关注不足，成功实现商业化的工艺寥寥无几。为了应对这一挑战，来自德国斯图加特大学的Ralf Takors和Carlos Castillo-Saldarriaga及同事开发了一种新型半连续生物工艺，利用工程化大肠杆菌（Escherichia coli）作为生产菌株来制造紫穗槐-4,11-二烯（AMD4,11），并将研究成果发表在了Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上，题为“Semi-continuous biomanufacturing for maximizing the production of complex chemicals and fuels: a case study of amorpha-4,11-diene”。研究人员使用亲水性膜来保留产物和生物质，成功在低生长率（~0.01 1/h）下实现了生产分离，并将反应器生产率提高到166 mg/l_Reactor h，是传统补料分批发酵（一种半连续发酵）的三倍。引入细胞循环后，最高转化率和生产率可持续生产长达三个周期，这样的结果证明了菌株和工艺的稳健性，同时凸显了该新生物工艺策略在提高工业生物制造经济可行性方面的潜力。

电转维生素：利用可再生电能和二氧化碳生产叶酸（维生素B₉）

来自德国图宾根大学的Largus T. Angenent研究团队近期提出了一种两阶段的电转蛋白质技术（Power-to-Protein），通过可再生电能和二氧化碳生产微生物蛋白质。该技术分为两个阶段串联运行：在阶段A，永达尔梭菌（Clostridium ljungdahlii）将二氧化碳通过氢气还原为乙酸；在阶段B，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）利用氧气和乙酸生产微生物蛋白质。使用可再生能源为水的电解供能，以生产氢气和氧气。但阶段 A 的缺点是需要持续补充维生素。基于此，该团队使用更为稳健的产乙酸嗜热厌氧杆菌（Thermoanaerobacter kivui）代替永达尔梭菌，使该生产过程不再需要补充维生素，该研究结果以题为“Power-to-vitamins: producing folate (vitamin B₉) from renewable electric power and CO₂ with a microbial protein system”的研究文章发表在了Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上。此外，在改良后的方案中，当酿酒酵母以醋酸盐为唯一碳源时会产生叶酸，总叶酸浓度为6.7毫克/100克生物质，平均生物质浓度为 3g l^–1。该电转维生素系统系统可利用可再生能源和二氧化碳生产叶酸，净碳排放量为零或负。

芳香族均聚酯的微生物生产

来自韩国科学技术院的Youngjoon Lee和Sang Yup Lee及同事于Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上发表题为“Microbial production of an aromatic homopolyester”的研究文章，报告了一种代谢工程细菌的开发情况，这种细菌可用于发酵生产含芳香族侧链的聚酯，作为石油基塑料的可持续替代品。研究者在大肠杆菌（Escherichia coli）菌株中构建了生产聚D-苯基乳酸(PhLA)的代谢途径，随后采用了三种策略来提高聚合物的产量。首先，引入与聚羟基烷酸酯（PHA）颗粒相关的蛋白质（phasins），以增加聚合物的积累量。其次，实施代谢工程，将代谢通量重定向至PhLA的合成路径。第三，基于计算机模拟（in silico）结果对PHA合酶进行了工程改造，以增强PhLA的聚合能力。最终的菌株能够生产出12.3g/l的聚(PhLA)，标志着首次实现了基于生物工艺生产芳香族均聚酯。通过引入更多异源基因，还能生产出高浓度的聚（3-羟基丁酸-11.7 mol% PhLA）共聚物（61.4 g/l）。这些策略为利用可再生资源生物生产芳香族聚酯提供了重要方法。

设计大规模 hiPSC 衍生的血管整合肌肉状结构，修复容积性肌肉再生

利用人诱导多能干细胞（hiPSCs）设计生物仿组织植入物，有望用于修复容积性组织损失。然而，当用于治疗大体规模损伤时，这些植入物在再生能力、存活率以及几何可扩展性方面面临挑战。基于此，来自哈佛大学医学院的Su Ryon Shin及同事于Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上发表题为“Engineering large-scale hiPSC-derived vessel-integrated muscle-like lattices for enhanced volumetric muscle regeneration”的研究文章，提出了一种血管整合肌肉状结构（VMLs），其包含致密且排列整齐的 hiPSC 衍生肌纤维，并通过嵌入式多材料生物打印技术，在类似内膜的支撑基质中构建了可被动灌流的类血管微通道。这些具有收缩能力的毫米级肌纤维是在机械定制的纳米纤维细胞外基质水凝胶中产生的。整合类血管结构可增强肌纤维在体外的成熟度，并有助于引导宿主血管的体内侵入，从而改善植入物的与宿主的整合效果。研究表明，在容积性肌肉损伤模型中，通过改进移植物与宿主的整合和增加旁分泌因子的释放，成功实现了肌肉的生成与功能恢复。该模块化生物打印技术能够扩展至厘米级预血管化的 hiPSC 衍生肌肉组织，支持定制几何形状，可应用于下一代肌肉再生治疗。

释放蓝细菌的潜力：通过基因优化提高生物催化性能的高通量策略

由于蓝细菌（cyanobacteria）的光自养代谢可用于可持续生产的特性，其有望成为全细胞生物催化的宿主。然而，与异养宿主相比，其性能仍有不足。主要挑战在于过表达重组酶的能力有限，从而限制了生物催化效率。为了应对这一问题，来自奥地利维也纳工业大学的Florian Rudroff及同事在集胞藻Synechocystis sp. PCC 6803（Syn. 6803）中构建了大规模表达文库，并开发了一种结合荧光激活细胞分选（FACS）和深度测序的高通量方法，用于筛选和优化其遗传背景。该研究成果以“Unlocking the potential of cyanobacteria: a high-throughput strategy for enhancing biocatalytic performance through genetic optimization”为题发表在了Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上。研究者采用这种策略优化了三种酶的表达与催化性能：酮还原酶LfSDR1M50、烯键还原酶YqjM和Baeyer−Villiger单加氧酶（BVMO）CHMO_mut。不同的基因组合显著提升了酶的表达效能：优化LfSDR1M50表达使其活性提高了17倍，达到 39.2 U g_{细胞干重（CDW）}^–1；Syn. YqjM的体内活性提升了16倍，达58.7U g_CDW^–1；通过定制遗传设计，Syn. CHMO_mut的活性也提高了1.5倍，达到 7.3U g_CDW^–1。该策略为优化蓝细菌作为表达宿主（expression host）的表现提供了新途径，并为在其他蓝细菌菌株和更大文库中的应用奠定了基础。