微生物细胞工厂碳流调控进展

高聪，郭亮，胡贵鹏，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 江南大学药学院，江苏 无锡 214122）

微生物细胞工厂是实现可持续发展的重要突破口。利用微生物细胞工厂生产化学品具有多种优势，使用可再生资源替代石化原料，缓解石油依赖困境；反应条件更加绿色温和，降低环境负荷。构建高效微生物细胞工厂的核心是通过基因调控增加目标化合物的产量、生产强度和得率。虽然过去30 年时间里，利用代谢工程手段改造微生物细胞生产材料单体[1]、药物中间体[2]、生物燃料[3]等领域取得了许多突破，但是仍存在许多问题。

首先，传统的基因操作，如基因过表达和基因敲除，在增强目标化合物转化率的同时，常会导致宿主细胞生长速率下降；其次，微生物细胞代谢网络中许多生化反应存在反馈调控和多层级调节现象。因此，在构建微生物细胞工厂的过程中需要进行大量试错实验，增加了研发周期和成本；最后，由于缺乏精细的调节工具，微生物细胞工厂的实际合成效率远远低于化学品的理论合成路线得率，增加了化学品生物合成成本，阻碍了微生物细胞工厂的规模化生产应用[4]。随着系统生物学和合成生物学的进步，更多理性计算和工程设计方法[5]被引入到微生物细胞工厂的构建过程中。通过选择关键代谢流调控靶点，降低目标化学品合成与菌株生长、副产物积累之间的代谢竞争，优化合成路径整体催化效率，可以最大程度提高工程菌株的生产潜能。……