NNU团队：抗菌肽的“私肽定制”，有望解决抗生素耐药问题

iSynBio造物联合合成生物学竞赛推出《竞赛项目揭秘专题》，本期为第二期，嘉宾为南京师范大学 NNU-China 团队，参赛项目为抗菌肽的“私肽定制”，有望解决抗生素耐药问题。

联合发布：《合成生物学期刊》、生物世界、iSynBio爱星博、深圳市合成生物学协会。欢迎更多媒体支持，请联系isynbiopr@siat.ac.cn

项目内容概述

为了提高各种抗菌肽（AMPs）的产量，团队通过CRISPR-Cas9和胞嘧啶编辑器（CBE）两种技术来构建了大肠杆菌的BL21（DE3）的衍生变异菌株库，其中菌库菌株具有不同RBS序列的T7RNAP（即由T7启动子驱动表达的RNA聚合酶）。并在此基础上构建了生产AMPs的表达菌株高通量筛选平台，该平台只需3天即可获得生产AMPs的最佳表达菌株。实现了“私肽定制”，我们希望通过减少抗生素的滥用来保护人类的健康和环境。

项目背景

抗生素的发现是上个世纪人类历史上最重要的成就之一。自从青霉素被发现并应用于临床以来，它挽救了无数感染性疾病患者的生命。随着科学技术的发展，其他新型抗生素的利用也得到迅速发展。

抗生素可以抑制和杀死细菌、病毒和寄生虫。除了广泛用于人体治疗外，还广泛用于畜牧业、饲料工业和农业等。然而，抗生素的不合理使用和滥用导致出现了威胁动物健康和人类健康的多重耐药病原体。而这些耐药病原体的出现和快速传播对人类健康构成了重大风险。抗生素耐药性也已成为一个日益严重的问题，预计到2050年，抗生素耐药性感染将导致全球人类死亡人数达到1000万，超过目前与不同形式癌症相关的死亡人数。

为此寻找一个更加安全有效的抗生素替代品就成为了一个亟待解决的问题。由于其具有良好的抗菌效果和较广的抗菌谱以及不易使细菌产生较强耐药性等特点，抗菌肽 （AMPs）被认为是目前最有前景的抗生素替代品之一。

抗菌肽的生成通常有三种方法：直接提取法、化学合成法和基因工程的生物合成法。从植物和动物中直接提取法产量低、耗时费力；化学合成法反应条件严格等问题。本项目是采用合成生物学的技术优化生物合成法，主要是利用大肠杆菌作为底盘微生物生产AMPs。大肠杆菌是第一种被广泛用于生产重组蛋白的微生物。然而，由于AMPs对表达菌株的毒性，使得AMPs基因的表达存在问题。本项目构建了含有不同RBS序列的T7 RNAP的大肠杆菌BL21（DE3）衍生菌株库，并将其作为菌株筛选平台，快速获得最佳生产AMPs的菌株。这种优化方法可以用于提高AMPs的产量，使得其可能应用于医疗、畜牧业等领域，有望解决抗生素滥用问题。

项目技术路线图

项目介绍视频

以下视频来自天工楼LICME230实验室

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主要成果

该项目的主要成果分为三个部分。

一、用胞嘧啶碱基编辑器（CBE）构建了BL21（DE3）衍生的变异菌株库，但结果显示CBE 在BL21（DE3）中的编辑结果和效率还不够稳定。

二、利用更加成熟的CRISPR-Cas9系统构建了BL21（DE3）的衍生变异菌株库，质量验证后结果显示该文库适用于重组蛋白表达菌株的筛选。

三、基于CRISPR-Cas9构建BL21（DE3）的衍生变异菌株库上，开发了表达菌株的高通量筛选平台，并将其应用到MME、DCD、ID-13等10种难以生产的抗菌肽的表达中，其中MME、DCD、ID-13的平均产量分别增加了27倍、50倍和40倍。该结果也表明了该平台可以更方便、更快速地提高目标抗菌肽的产量。

表达菌株高通量筛选平台的开发

项目完整内容（wiki网页）

http://www.synbiochallenges.com/wiki/2021/NNU-China/index.html

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我们是来自南京师范大学的NNU-China

NNU-China 团队是来由自南京师范大学食品与制药工程学院的青年教师孙小曼、汪庆卓、顾洋、叶超带队指导完成的，团队成员是该学院的15名本科生，分别是徐颜（队长）、李珂（副队长）、秦岭韫（副队长）、杨文倩、姜婉婷、徐少元、梁恺宁、于新、郭威、童安琪、刘娟、华宜家、李淑娴、牟欣娅、施升媛。我们非常荣幸能够参加合成生物学竞赛，也期待能够和其他更多优秀的队伍探讨和交流，共同促进合成生物学的发展。

指导老师：孙小曼、汪庆卓、顾洋、叶超老师