随着对气候变化的日益关注,微生物细胞工厂迫切需要利用可再生生物质资源生产越来越多的化学品和材料,以减轻依赖化石能源的生产方式对环境和气候造成的破坏。近年来,随着合成生物学和系统生物学的兴起和快速发展,微生物细胞被广泛用作工厂,为目标产物构建合成途径。同时,已经提出并开发了各种策略来实现这一目标,例如通过修饰启动子和核糖体结合位点(RBS)来优化途径酶的表达水平以及改变质粒的拷贝数用于改善合成目标产物的效率和平衡异源合成途径。然而,途径酶表达水平的提高导致产物合成和初级代谢之间争夺更多的资源和能量,这不利于最终产物的过度生产。因此,合理优化菌种代谢网络,构建细胞生长与产物合成协调、无有毒中间代谢物积累、显着提高生产效率的细胞工厂,在工业生物技术领域至关重要。

近日,南京工业大学徐虹课题组在《ACS Synthetic Biology》上发表文章“Synergistic Improvement of 5-Aminolevulinic Acid Production with Synthetic Scaffolds and System Pathway Engineering”5-氨基乙酰丙酸(5-Aminolevulinic acid, 5-ALA)是一种功能性非蛋白质氨基酸,天然存在于生物体内,是合成四吡咯化合物的必需前体,被广泛应用于医药、农业、水产养殖、化工等领域5-ALA的微生物发酵合成可通过C4途径(胞内琥珀酰辅酶A和甘氨酸作为前体)和C5途径(胞内谷氨酸作为唯一前体)来实现作者首先通过筛选来自不同来源的酶并优化它们在不同途径中的组合,获得了通过C5途径合成5-ALA的最有利的关键酶组合。其次,作者用PduA*成功构建了一个多酶复合组装系统,该系统以可设计的方式在空间上招募了上述三种关键酶,用于5-ALA的合成,通过进一步优化这些关键酶在合成支架中的比例,可以显著提高C5途径合成5-ALA的效率。然后,通过理性设计不同的反义RNA对与5-ALA合成竞争代谢途径相关的sucAhemA的转录水平进行微调,进一步显着提高5-ALA滴度。此外,为了高​​效合成5-ALA,还分别通过改造NADPH再生途径和转运途径,克服了NADHNADPH失衡以及合成途径的反馈抑制的障碍。最后,将这些策略与进一步的发酵优化相结合,获得了11.4 g/L的最终滴度。这是目前报道的利用C5途径从葡萄糖中合成5-ALA的最高滴度,也证明了空间支架与系统途径工程相结合的成功。

综上,作者通过将系统代谢工程与支架系统相结合的策略,利用C5途径从葡萄糖中合成了最高滴度的5-ALA,作者认为这一策略将有助于开发高性能菌株以生产具有工业竞争力的生物基化学品。

 

(冷静 摘译)


地址:浙江省湖州市红丰路1366号 湖州市南太湖科技创新中心1-3楼 邮编:313000
电话:0572-2165708 传真:0572-2165708 Email:info@cibt.ac.cn

Powered by PageAdmin CMS