在中國科學院國際合作局對外合作重點專案（項目編號：172644KYSB20170042）的資助下，中國科學院深圳先進技術研究院戴俊彪研究員課題組和英國愛丁堡大學蔡毅之課題組（現組織：曼徹斯特大學）在釀酒酵母中合作開展了生物元件的標準化和代謝工程研究，近幾年取得了一系列成果，包括開發並利用“Wicket”工具實現代謝途徑的多拷貝綜合（Hou et al.，2018，ACS Synthetic Biology），設計並構建人工蛋白質支架系統（AProSS）以實現代謝流優化（Li et al.，2018，Metabolic Engineering），標準化合成酵母的裝配和錶型定量方法以提高人工生命體構建的效率（Lin et al.，2019， ACS Synthetic Biology）等。總發表論文10篇，申請專利1項，系列成果為以釀酒酵母為底盤細胞的合成生物學研究提供了有效的科技和資源。
酵母可以作為微生物細胞工廠來生產有價值的化學物質，將外源途徑以多拷貝的形式引入染色體的特定位置以穩定表達對於提高產量具有重要意義。在本專案資助下，研究人員利用CRISPR/Cas9科技在酵母基因組中插入了人工設計的“wicket”序列，使得能够在沒有任何選擇性標記輔助的情况下以接近100%的效率實現β-胡蘿蔔素途徑的多拷貝綜合，為代謝途徑中多拷貝基因的綜合和優化目標產物產量提供了有效的工具（圖1）。
代謝途徑各反應的參與者之間的定量關係和空間距離對於途徑的流量和最終產量具有顯著的影響。在本專案資助下，研究人員建立了一種通過快速組裝人工支架蛋白以提高酵母生產特定天然產物的產量的新方法（AProSS）。通過對蛋白結構域的模組化設計和結構域類型、數量和位置的變化，研究人員成功構造出不同特性的支架蛋白來調節代謝流方向，使紫色杆菌素和脫氧紫色杆菌素的產量分別新增29 %和63%（圖2）。
如何快速構建並表徵人工生命體是合成生物學的重要議題。在本專案資助下，研究者們通過測試條件的選擇和統計分析方法的標準化，開發了一種高通量、半定量的錶型測定法，用於評估合成酵母的生長狀況。與此同時，研究團隊還設計了一種基於CRISPR / Cas9介導的Gene Conversion的高效染色體裝配策略，極大地節省了大片段DNA組裝的時間。這兩個方法可以在合成菌株的表徵和構建過程中提高效率，從而極大地促進合成基因組學相關項目的開展，進而有望為基於酵母的代謝工程提供人造底盤（圖3）。
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圖1借助“Wicket”工具實現目標序列的多拷貝綜合。
圖2利用人工支架蛋白提高紫色杆菌素產量。
圖3用半定量錶型分析和精細裝配策略提高染色體合成效率。
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