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周景文：合成生物學引領未來食品顛覆性變革

2022.12.28

　　江南開學府，萬頃湖波揚；屏障九龍好，山高水又長！坐落在太湖畔的江南大學擁有120年歷史，具有厚重的文化積淀，江南大學直屬科研單位——未來食品科學中心更是個中翹楚。中心聚焦前沿交叉學科，引領世界食品科學基礎研究，開發食品領域顛覆性技術，努力實現讓老百姓“吃好飯”，為實現人民對美好生活的向往添智加質。

　　島津早在2018年就與江南大學生物系統與生物加工工程研究室建立合作實驗室。今年雙方進一步升級合作，成立江南大學未來食品科學中心-島津合作實驗室并舉辦尖端科研峰會。藉由此次機會，島津聯合分析測試百科網采訪了江南大學未來食品科學中心周景文副主任及其團隊教師，請他們分享團隊在食品生物合成等領域的研究探索經驗，以及對島津分析儀器的使用感受。

江南大學未來食品科學中心副主任周景文教授（左）

　　合成生物學：高附加值產品最佳選擇

　　合成生物學是代謝工程與其他多項技術交叉融合而誕生的學科。合成生物學不僅為代謝工程提供了豐富的生物元件，還提供新思路和操縱工具，推動了微生物代謝工程發展。

　　周景文團隊主要研究方向包括利用微生物代謝工程和合成生物學等手段來強化微生物合成植物天然產物和高價值化合物或轉化大宗化工品。“例如，我們團隊基于合成生物學技術，完善了釀酒酵母基因和蛋白質過量表達技術，而此技術又為代謝工程改造釀酒酵母高效合成其他酶制劑、化合物提供了更便捷和高效的工具。”在與島津開展的合作實驗室峰會中，周景文說到。

　　研究團隊在組建初期，從國家工業化的戰略需求出發，用微生物法合成大宗化工品滿足國家工業化發展的需求，實現了維生素C前體2-KLG、丙酮酸、酮戊二酸等的高效合成。同時也為滿足輕工業行業需求，為行業關鍵問題提供技術解決方案。周景文表示，團隊通過氮代謝調控機制的研究，顯著降低了黃酒生產過程中有害化合物氨基甲酸乙酯的積累，顯著提高了黃酒的品質，為黃酒的國際化鋪平了道路。

　　“進入新世紀后，團隊依托多年在輕工技術與工程方面的技術積累，積極與代謝工程、合成生物學、人工智能等前沿技術交叉結合，深入研究如何利用微生物方法合成具有保健和醫藥作用的黃酮類化合物。同時我們也探索解決細胞培育肉的關鍵問題及技術驗證，并通過中國輕工業聯合會的驗收，總體達到國際領先水平，為實現節能減排和提高人民的生活品質貢獻自己的力量。”周景文說到。

　　構建細胞工廠，實現高效、低成本綠色生產

　　合成生物學通過設計全新的細胞內代謝途徑，使醫藥產品、高附加值食品等能夠利用廉價糖類等原料，通過微生物細胞進行合成，從而降低產品的生產成本，為綠色生產提供可能。越來越多的食品功能成分、醫藥中間體和大宗化工品，通過高效、低成本的綠色生物制造方式來實現工業生產。

　　目前，周景文團隊已經實現了多種高附加值天然化合物單位最高產量，如柚皮素、黃杉素、水飛薊素、淫羊藿苷、白藜蘆醇、角鯊烯等，并且這些化合物進入了工業化技術驗證階段，未來有望實現量產。

　　此外，團隊探索了氧化葡萄糖酸桿菌代謝工程改造技術，實現了氧化葡萄糖酸桿菌內源的I-E型CRISPR/Cas系統開發，為實現利用合成生物學調控氧化葡萄糖酸桿菌高效合成2-KLG奠定了基礎。

　　團隊成員余世琴表示，“我們在對微生物進行改造的過程中，發現生物元件能夠豐富合成生物學的資源庫，兩者相輔相成，共同促進對方發展。良好的借鑒對微生物代謝工程提供獨特且有價值的思路，加速實現科研目標。”

江南大學未來食品科學中心助理研究員余世琴

　　探索食品生物合成前沿研究，提高物質轉化效率

　　合成生物學通過原件在微生物體內組裝，設計全新的細胞內代謝途徑，合成新型化合物，形成細胞微生物工廠。團隊自組建之日起，除了滿足國家工業化需求，在合成生物學前沿進行了探索。“例如，我們對食品酶進行改造，合成有效的食品功能性分子，通過監測發酵過程的變化，確定酶改造的效果。同時我們也開發了微生物底盤細胞，實現了一些食品酶和功能性食品蛋白的高效表達，降低了合成成本。第三，我們在前兩者工作的基礎上，開發了高通量篩選平臺，提高酶分子和底盤細胞的改造效率，實現合成生物學的高效組裝和適配。”周景文說道。

　　未來，團隊將利用微生物細胞工廠生產營養功能分成、高價值天然產物和其他高價值化合物，以實現高效、低成本的綠色生產過程，在提高資源轉化效率的同時擺脫傳統農牧業的弊端。

　　提高工作效率的三大期望

　　在合成生物學實驗室研究中，不同研究階段往往涉及不同類型的儀器。周景文在峰會學術報告中介紹到，從上游基因克隆與菌株構建開始，研究人員要使用PCR儀、核酸電泳、蛋白電泳來驗證基因克隆是否成功。在中游階段，人們需要對所構建菌株進行性能分析，判斷是否能夠產生目標產品，這一階段普遍會使用液相、質譜、液相色譜聯用儀等儀器用于產物的定性和定量分析。在下游產物純化階段，人們常用包括制備液相、蛋白純化儀器、小型發酵罐、流式分選、熒光顯微鏡等。

江南大學未來食品科學中心副研究員張國強

　　團隊張國強副研究員表示，隨著科學技術的發展，人們對分析儀器的要求也會逐步提高。尤其是可靠性方面，實驗人員希望分析儀器的可靠性得到進一步提高。生物實驗過程中的儀器更加精密，維修更為復雜，高質量可靠的儀器設備是實現科研成果的重要工具。

　　張國強副研究員希望所有分析儀器在使用過程中穩定、可靠，能持續提供真實、有效的數據。其次，希望儀器操作簡單化，讓科研人員、學生易上手。在提高儀器使用效率的同時，進一步加速工作效率加快完成科研任務。最后，希望科學儀器廠商不斷提高儀器分析精準度，利于發掘合成生物學和微生物代謝過程中關鍵的科學問題。

　　攜手島津，共同見證合成生物學發展洪流

江南大學未來食品科學中心工程師房峻

　　食品一直以來都是國民之重，食品和生物技術方面的科學研究和人才培養需要相關機構的支持。房峻工程師在團隊中主要負責儀器設備使用和日常管理，與島津的儀器結下了不解之緣。

　　2018年3月，江南大學生物系統與生物加工工程研究室與島津共同建立了聯合實驗室。2019年11月，江南大學未來食品科學中心成立，研究室更名為：食品合成生物學與生物制造實驗室。隨著雙方合作不斷深入，隨著雙方合作不斷深入，團隊的科學研究應用島津的儀器設備完成了諸多工作，并取得豐碩的成果。

　　對于日常工作，房峻工程師表示：“從雙方合作開始，島津為我們實驗室提供定期的售后服務，極大地保障了儀器設備正常運行。作為用戶來說，我們非常滿意島津的銷售、安裝、售后服務。未來，希望雙方借助合作實驗室這一平臺加強實質合作、實現優勢互補、創造機遇，共同為中國食品行業建設做出貢獻。在未來的食品創新和生物制造領域，我們團隊期望島津能夠繼續見證物質分析事業的發展，引領行業技術的進步。”

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