代谢工程调控策略在生物合成氨基酸及其衍生物中的应用

氨基酸的工业化生产已有上百年历史,多用于动物饲料和食品添加剂;很多种类的氨基酸如L-半胱氨酸、β-丙氨酸、S-腺苷甲硫氨酸、4-羟基异亮氨酸和高丝氨酸等也具有很高的应用价值。相较于化工合成或分离提取的方式,利用微生物细胞作为平台生产氨基酸及其衍生物具有绿色安全、可持续等独特的优势。本文综述了近年来微生物合成氨基酸及其衍生物的研究进展,分别介绍了碳源的高效利用、限速步骤的调节、碳通量的调节、转录和反馈抑制调节以及转运调节等代谢调控策略在提高微生物生产氨基酸及其衍生物效率的研究及应用,分析了不同调控策略的优势和缺点,总结了不同氨基酸及其衍生物的应用价值,最后展望了微生物作为细胞工厂生产各类氨基酸及其衍生物的广阔前景。

在大肠杆菌中从头生物合成3-苯丙醇

3-苯丙醇是一种具有芳香味的高价值香料,在医药、化妆品、食品等领域有广泛用途,是生产多种药品和化学品的重要前体。其目前的生产方法主要依赖于植物提取和化学合成,存在产物得率低、生产周期长和环境不友好等缺点。为解决这些问题,构建微生物细胞工厂利用可再生资源合成3-苯丙醇具有重要的意义。本研究通过将目标化合物与微生物自身代谢网络建立联系,基于底物或中间体与产物的结构类似性以及化合物间的基团转移关系,设计并构建了两条不同的3-苯丙醇的人工生物合成途径。其中,依赖羧酸还原酶的苯丙醇生物合成途径具有较高的生产效率。在大肠杆菌中实现了以甘油为碳源,从头生物合成3-苯丙醇,产量达91 mg/L。通过消除限速步骤,增加莽草酸途径碳通量以及敲除竞争途径等代谢工程策略的实施,将苯丙醇的产量提高到了841 mg/L,较初始菌株产量提高了9.2倍,为苯丙醇的绿色、可持续、大规模生产提供了基础。