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從20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)30年代,全球植物蛋白和動物蛋白的人均需求量和年需求量都在顯著增長。針對日益增長的蛋白需求，傳統(tǒng)蛋白質(zhì)生產(chǎn)方式倍感壓力，這些傳統(tǒng)技術(shù)往往面臨著效率低、成本上升和一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，催生出前沿的蛋白質(zhì)生產(chǎn)模式—微生物“蛋白工廠”。
微生物因其獨(dú)特的生物學(xué)特性而備受矚目，使其成為了高效蛋白質(zhì)生產(chǎn)的理想選擇。利用微生物作為“蛋白工廠”來生產(chǎn)各類功能性蛋白質(zhì)，已成為當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。與哺乳動物細(xì)胞相比，這種全新的蛋白質(zhì)生成模式具有生產(chǎn)高效、可控性強(qiáng)、表達(dá)水平高、低成本、安全性高的優(yōu)勢。
● 高效生產(chǎn)
微生物生命周期較短，能夠快速繁殖并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，這意味著可以在相對較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量目標(biāo)蛋白。
● 可控性強(qiáng)
微生物生長和蛋白質(zhì)表達(dá)可控，通過調(diào)整培養(yǎng)條件、基因組工程等手段來優(yōu)化目標(biāo)蛋白的產(chǎn)量和純度。同時(shí)，微生物的基因組工程技術(shù)相對成熟，可以較容易地對其進(jìn)行遺傳改造，以實(shí)現(xiàn)特定蛋白質(zhì)的高效表達(dá)和分泌。
● 表達(dá)水平高
微生物通?？梢栽谄浼?xì)胞內(nèi)高效表達(dá)外源基因，從而產(chǎn)生大量目標(biāo)蛋白。這使得微生物成為生產(chǎn)重組蛋白的理想平臺。
● 安全性高
細(xì)菌和酵母等微生物通常被認(rèn)為是安全的生產(chǎn)宿主，其生產(chǎn)過程相對較為穩(wěn)定，能夠減少污染和不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。
● 成本低
微生物對培養(yǎng)條件的要求通常較為簡單，只需提供適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基、溫度和氧氣等條件即可。這可以大大降低生產(chǎn)成本和復(fù)雜性。
doi: 10.1360/TB-2023-0013
加速蛋白藥物研發(fā)
微生物蛋白生產(chǎn)技術(shù)可以被用來高效地表達(dá)和生產(chǎn)重組蛋白藥物和抗體藥物等。通過工程微生物菌株生產(chǎn)，不僅降低了成本，還能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和高純度。這種可定制化的生產(chǎn)方式促進(jìn)了新藥開發(fā)進(jìn)程以及生物制藥技術(shù)的創(chuàng)新。
食品營養(yǎng)與功能蛋白生產(chǎn)
發(fā)酵生產(chǎn)的微生物蛋白可以增加食品的蛋白質(zhì)含量，提高營養(yǎng)價(jià)值；也適用于制造植物性蛋白替代品，滿足素食者和嚴(yán)格飲食限制者的蛋白質(zhì)需求。此外，還能生產(chǎn)具有特定功能的蛋白，如益生菌、酶等，改善食品的口感、消化性和健康功效。
動物飼料優(yōu)化
微生物蛋白作為蛋白質(zhì)補(bǔ)充來源，富含優(yōu)質(zhì)氨基酸，滿足動物生長發(fā)育所需；可替代傳統(tǒng)蛋白源如大豆粕、魚粉，降低生產(chǎn)成本，減少資源依賴，有利于環(huán)境保護(hù)；部分微生物蛋白還可作為發(fā)酵飼料添加劑，促進(jìn)飼料發(fā)酵，提升營養(yǎng)價(jià)值和消化率。同時(shí)，微生物蛋白具備功能性特征，如抗菌、抗氧化，在改善動物免疫功能和健康方面發(fā)揮積極作用。
酶蛋白生產(chǎn)效率提升
微生物是酶蛋白的重要來源。通過優(yōu)化微生物培養(yǎng)條件、基因編輯和代謝工程等技術(shù)，可以提高酶蛋白的生產(chǎn)效率。這對于生物工藝、工業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，例如在生物燃料生產(chǎn)、食品加工、洗滌劑制造等領(lǐng)域，高效的酶蛋白生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率，降低成本，并減少對環(huán)境的影響。
微生物蛋白質(zhì)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展不僅是一種趨勢，更是傳統(tǒng)蛋白質(zhì)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。通過利用快速繁殖和基因多樣性進(jìn)行高效、可控的合成，推動醫(yī)療和科技領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新，為生命科學(xué)和工程技術(shù)帶來了更多可能性。盡管微生物培養(yǎng)相對簡單，但后續(xù)純化、大規(guī)模擴(kuò)展仍存在挑戰(zhàn)。未來，我們可以從原料、菌株、設(shè)備和工藝等方面著手解決。
泓迅生物作為合成生物學(xué)賦能技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，憑借領(lǐng)先的設(shè)計(jì)與先進(jìn)的制造為您提供全面的合成生物學(xué)技術(shù)平臺。從DNA序列設(shè)計(jì)與合成到蛋白表達(dá)與純化，微生物基因編輯等服務(wù)，我們?yōu)槟可矶ㄖ屏艘徽追?wù)，助力科學(xué)家們在微生物“蛋白工場”應(yīng)用中的新突破。
泓迅生物以卓越的客戶服務(wù)為宗旨，致力于提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。與我們合作，您可以期待超過95%的成功率，從毫克到千克級的生產(chǎn)規(guī)模，2-4周的快速交付時(shí)間以及一站式服務(wù)。
酵母蛋白表達(dá)&純化
酵母表達(dá)系統(tǒng)兼?zhèn)淞嗽吮磉_(dá)和高等真核表達(dá)的優(yōu)勢，包括表達(dá)水平高、培養(yǎng)條件簡單、可對多數(shù)蛋白進(jìn)行翻譯后修飾、可大規(guī)模生產(chǎn)、安全無毒等。因此，在重組蛋白的生產(chǎn)和制備領(lǐng)域中，被視為一種高效的工具。
原核蛋白表達(dá)&純化
原核生物表達(dá)系統(tǒng)是最早被采用且較為熟悉的蛋白表達(dá)系統(tǒng)，該表達(dá)系統(tǒng)常以大腸桿菌（E.coli）作為宿主細(xì)胞，其具備遺傳背景清晰、表達(dá)效率高、抗污染能力強(qiáng)、周期短、成本低、操作簡便等諸多優(yōu)點(diǎn)。
我們的團(tuán)隊(duì)依托專業(yè)的DNA“讀”-“寫”-“編”平臺，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)豐富的基因編輯相關(guān)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對微生物基因組的高效、精準(zhǔn)編輯。我們已經(jīng)在大腸桿菌細(xì)胞和酵母細(xì)胞中建立了CRISPR基因編輯系統(tǒng)。通過優(yōu)化生產(chǎn)宿主、提高蛋白質(zhì)產(chǎn)量和質(zhì)量，推動了微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
Reference
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