人工代谢路径适配性的研究进展

郭亮，高聪，张丽，陈修来，刘立明

（1 江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2 江南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡214122；3 盐城工学院海洋与生物工程学院，江苏盐城224051）

依靠微生物为基础的生物炼制可以绿色、高效合成工业化学品，而且还可以通过原料和微生物的改造，实现产品升级[1-3]。整合代谢工程、系统生物学、合成生物学与进化工程的系统代谢工程对微生物细胞进行定向设计、改造乃至重构，获得的微生物细胞工厂以生物质为原料，可高效合成能源化学品、营养化学品、医药化学品及材料等多种化学品，有效解决了化学炼制对环境的危害以及动植物提取对自然资源的依赖[3-9]。由人工代谢路径效率决定的微生物细胞工厂生产性能，显著影响工业化学品生产的经济适用性。然而，由于微生物细胞历经数百万年，进化出精密的调控机制，剪接代谢路径引起的代谢流扰动，不仅降低了人工代谢路径之间的适配性，而且降低了人工代谢路径与底盘微生物细胞之间的适配性，影响人工代谢路径效率[10]。一方面，由于酶的催化特性不同，引入的人工代谢路径酶，常常导致人工代谢路径代谢通量低与代谢通量不平衡[11]。因此，强化或平衡人工代谢路径的代谢通量，为提高目标化学品代谢路径的适配性，实现目标化学品的产量、生产强度和得率最大化提供了可能。另一方面，由于底盘微生物为合成目标化学品提供反应场所、底物和辅因子等，合成目标化学品不仅增加了人工代谢路径与细胞内源代谢路径之间的交互作用，而且还重编程了底盘微生物细胞的代谢流，增加了底盘微生物的代谢负荷[12,13]。……