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近日，来自华大工程生物学长荡湖研究所付宪副研究员、沈玥研究员团队在Nature Communications杂志发表题为A robust yeast biocontainment system with two-layered regulation switch dependent on unnatural amino acid的研究论文。该研究首次在酿酒酵母中建立了基于非天然氨基酸的生物防逃逸方法，并通过对逃逸机制的深入解析进一步优化了方法的有效性，最后通过真实发酵过程中目标工程菌丰度分析证明该方法亦能起到核心工业菌株防窃取的作用。该研究发表后引发广泛关注，受邀在Nature Portfolio 和Springer Nature Communities撰写“Behind the Paper”特别介绍。

图一. 文章网页截图

研究首先测试了通过非天然氨基酸的引入，在翻译水平控制必须蛋白表达策略的有效性，并进一步证明该策略可以适用于酿酒酵母中不同表达量的必须基因，且该方法具有良好的有效性并对细胞生长的影响较小。同时为降低生物防控方法对于细胞生长的负担，研究进一步开发出了一套基于蛋白质N端库的测试方法，可以在一周内获得生长与野生型酵母相近的保护菌株。

为了证明本研究开发的生物防控方法可用于核心工业菌株的防盗窃，以及灭菌不完全导致的发酵污染，研究通过模拟连续两轮不同培养条件下的香叶醇发酵实验（1升），证明保护菌株的丰度在常规的发酵条件下被显著稀释，极大地降低了目标菌株从发酵液中被盗窃的风险（图二）。

图二. （a）生物防控方法用于菌株防盗窃的模拟实验示意图；（b）保护菌株的丰度被快速稀释

该研究开发了简单、有效且适用于不同基因的生物安全防控新方法，有助于解决工程化酿酒酵母（基因改造或者从头合成）造成潜在的生物安全风险，并助力保护在医药、化工、能源、环境、农业等领域有重要应用潜力的工业核心菌株。同时，本研究揭示了酿酒酵母如何通过基因突变来逃逸基于非天然氨基酸的生物防逃逸策略，为后续其它真核生物中开发相关技术提供了重要的理论指导。值得一提的是，本研究开发的方法将与全合成的Sc2.0酵母完美适配，用于合成酵母的生物防控研究和相关菌株的保护。

来自华大工程生物学长荡湖研究所的付宪副研究员和沈玥研究员为该论文的共同通讯作者。来自中国科学院大学生命科学学院（华大专项）的常甜甜、丁卫超和华大生命科学研究院的研究助理闫诗汭为该论文的共同第一作者。

2021年12月，常州市金坛区与华大签订合作协议，共同建设“平台支撑—科学研究—产业孵化—人才引培”四环联动的合成生物学创新中心，总投资1.5亿元。2022年2月22日，华大工程生物学长荡湖研究所正式挂牌成立，立足重大生命科技和生物医药产业前沿，聚焦合成生物底层共性关键技术研发和核心工具研制，搭建规模化、自动化合成平台、持续引领生命科学基础研究和打造创新研究基地、坚持技术孵化转移和带动产业聚集与发展、引进培养和打造复合型人才，形成行业发展的创新模式，助力常州市打造合成生物产业，促进生物医药与绿色生物制造领域的应用。2023年10月，华大工程生物学长荡湖研究所获江苏省新型研发机构立项。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-42358-4