合成生物学解决方案

合成生物学解决方案

1.行业背景

合成生物学通过工程化设计和改造生物系统，实现高效的生物制造，正在重塑化工、医药、食品、农业、材料等传统产业。从氨基酸、有机酸到生物燃料，从重组蛋白到天然产物，合成生物学的应用场景持续扩展。微生物底盘细胞的高效改造是合成生物学的核心环节。传统的同源重组方法效率低、周期长，而CRISPR基因编辑技术的引入极大地加速了菌株工程化进程，使多基因协同改造、代谢通路精准调控成为可能。

2.行业痛点

2.1 底盘细胞改造     

传统同源重组效率低，筛选工作量大   

多基因同时改造困难，迭代周期长

不同微生物的编辑工具差异大，通用性差

2.2 代谢通路优化

目标产物合成涉及多个基因，需要协同调控

前体供给、辅因子平衡、产物毒性等系统性问题

缺乏高通量的基因型-表型关联方法

2.3 菌种筛选与评估

高产菌株筛选通量低

基因组水平的稳定性评估手段有限

工业化放大过程中的遗传稳定性问题

2.4 噬菌体工程

噬菌体基因组改造技术不成熟

噬菌体疗法的安全性评估缺乏标准

3.解决方案概述

舒桐科技基于成熟的微生物基因编辑平台，为合成生物学客户提供"底盘细胞构建→代谢工程改造→高通量筛选 →基因组稳定性评估"的全流程解决方案，覆盖细菌、酵母、真菌和噬菌体等多种微生物体系。

3.1 核心服务模块

模块一：微生物基因编辑平台

支持的微生物体系

类别物种编辑方法应用领域

革兰氏阴性菌大肠杆菌CRISPR-Cas9/Cas12a 、Rec重组重组蛋白、氨基酸、有机酸

肺炎克雷伯菌CRISPR系统1,3-丙二醇、 2,3-丁二醇

革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌CRISPR-Cas9酶制剂、抗菌肽

谷氨酸棒杆菌CRISPR系统氨基酸生产

乳酸杆菌CRISPR系统益生菌、乳酸

链球菌CRISPR系统透明质酸

酵母酿酒酵母CRISPR-Cas9乙醇、萜类、蛋白

毕赤酵母CRISPR系统重组蛋白表达

解脂耶氏酵母CRISPR系统脂肪酸、脂质

丝状真菌黑曲霉CRISPR系统有机酸、酶

白色念珠菌CRISPR系统疾病模型

编辑类型

编辑类型               技术路线                                              应用场景

基因敲除CRISPR-Cas9/Cas12a+HDR竞争通路阻断、毒力基因消除

基因敲入CRISPR+供体片段异源通路引入、报告基因插入

多位点编辑多sgRNA+多供体复杂通路一步改造

启动子替换CRISPR精准替换表达水平精细调控

点突变碱基编辑或HDR酶工程、耐受性改造

模块二：噬菌体基因编辑

噬菌体类型服务内容应用场景

M13噬菌体基因组改造噬菌体展⽰、纳米材料

T7噬菌体基因组改造噬菌体疗法、分子生物学工具

λ噬菌体基因组改造基因递送、表达系统

金黄色葡萄球菌噬菌体基因组改造噬菌体疗法

定制噬菌体分离+改造特定宿主的噬菌体工程

模块三：代谢工程策略支持

策略类型方法目的

通路设计生信分析+文献调研确定改造靶点

前体强化上游通路过表达增加前体供给

竞争阻断旁路敲除减少代谢流分流

产物输出转运蛋白过表达降低胞内产物毒性

辅因子平衡NADH/NADPH调控氧化还原平衡

调控解除反馈抑制位点突变解除产物抑制

模块四：高通量筛选平台

筛选方法原理应用

细菌CRISPR文库全基因组sgRNA文库必需基因、耐受基因发现

Tn-seq转座子插入+测序必需基因、 条件必需基因

生长竞争筛选                       不同条件下丰度变化                    胁迫耐受基因

报告基因筛选                      荧光/发光报告                              启动子、调控元件筛选

模块五：基因组分析与质控

服务项目方法目的

全基因组测序二代/三代测序基因组结构确认

编辑验证PCR+测序确认编辑结果

传代稳定性多代次测序评估遗传稳定性

比较基因组SNP/Indel/SV分析改造前后变化分析

3.2 典型应用场景

场景一：氨基酸生产菌株构建

目标：构建高产L-赖氨酸的谷氨酸棒杆菌改造策略：

1.    敲除lysE（赖氨酸输出负调控）

2.    过表达dapA（二氢吡啶二羧酸合酶）

3.    敲除hom（苏氨酸合成旁路）

4.    启动子替换优化关键酶表达

场景二：萜类化合物合成

目标：在酿酒酵母中异源合成青蒿素前体改造策略：

1.    引入青蒿素合成通路基因（ADS 、CYP71AV1等）

2.    过表达MVA通路增强前体供给

3.    敲除ERG9减少前体竞争

4.    多位点CRISPR一步整合

场景三：工业酶定向进化

目标：提高淀粉酶的热稳定性改造策略：

1.    构建突变文库（易错PCR或饱和突变）

2.    高温条件下活性筛选

3.    正向突变位点组合

4.    迭代优化

场景四：噬菌体疗法开发

目标：改造金葡菌噬菌体用于耐药菌感染治疗改造策略：

1.    噬菌体分离与鉴定

2.    敲除溶原相关基因（确保裂解性）

3.    敲除毒力基因（安全性）

4.    宿主谱拓宽改造

4.服务模式

模式一：菌株构建全流程服务

从策略设计到交付改造菌株：

·         改造策略咨询 .         基因编辑执行

.         改造菌株验证·         初步表型评估

交付：验证合格的工程菌株+实验报告

模式二：高通量筛选服务

针对已有菌株的优化：

·     CRISPR文库/Tn-seq筛选

.         高通量表型筛选·     候选位点验证

.     优化策略建议

模式三：基因组分析服务

菌株的基因组质控：

.         全基因组测序

.         编辑位点确认

·         传代稳定性评估

客户价值

维度

客户收益

效率提升CRISPR技术加速改造周期， 从月级缩短到周级

多位点编辑一次实现多基因协同改造， 减少迭代轮次

广泛物种覆盖支持主流工业微生物和特殊菌株

专业支持提供代谢工程策略建议，不只是执行层面服务

为什么选择舒桐

广泛的物种覆盖 建立了针对细菌、酵母、真菌、噬菌体的系统性基因编辑平台，非单一物种服务商。

工业导向 理解合成生物学的产业化需求，关注改造效率和遗传稳定性，而非仅停留在实验室阶段。

全流程能力 从策略设计到基因组分析，具备全链条服务能力。

典型应用案例

案例：某生物制造企业的有机酸生产菌株优化

案例：某生物制造企业的有机酸生产菌株优化

背景 ：客户已有大肠杆菌工程菌，但产量未达工业化要求，希望通过基因改造进一步提升。

服务内容：

1.    现有菌株全基因组测序，分析改造空间

2.    设计多基因改造策略（2个敲除+3个过表达）

3.    CRISPR一步实现5个位点的协同改造

4.    筛选验证 ，交付优化菌株

成果：改造菌株产量提升40%，传代10代遗传稳定，已进入客户中试验证。

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舒桐科技，让基因编辑更安全