植物天然产物合成生物学研究

生物合成途径优化

利用基因元件在宿主细胞中进行异源生物合成途径的重建，一般需要考虑多种影响途径合成效率的因素，例如：物质和能量的平衡，异源代谢产物对宿主细胞生理性能的影响（毒性），异源代谢产物、功能酶、生物途径及宿主细胞之间的兼容性等多个方面。目前，国内外已经开发出一些优化生物合成途径的策略。

物质流分配控制。通过调控关键节点基因的表达来控制目标化合物在物质流供给网络中的分配比例。如在青蒿酸工程菌构建过程中，通过提高生物合成途径上游基因的表达来增加前体供给和抑制分支途径基因的表达来减少底物竞争物质流控制方案，显著提高了工程菌株发酵生产青蒿酸的能力。

合成途径的精确控制。通过建立启动子文库来精确控制基因的表达量，使合成途径中各基因协调表达，减少中间代谢产物积累，降低细胞负荷，最终提高工程菌株的发酵生产性能。如利用不同强度的启动子对脂肪酸合成途径和异源的桦木酸合成途径进行协同表达，发现工程菌株桦木酸的产量可在 200 倍范围内变化。

合成途径的动态控制。微生物合成途径优化中极为重要的一环是对途径中各代谢物进行动态定量和监测。依靠对目标代谢物的特异敏感性，生物传感器（biosensor）可将代谢物的变化信息通过多种信号实时输出，实现动态监测和反馈。基于此特性，生物传感器可以应用于构建动态代谢物调节回路，增加目标化合物的产量。如，利用可以响应丙酰辅酶 A 的生物传感器监测胞内丙酰辅酶 A 的积累，从而反馈下调乙酰辅酶 A 羧化酶的表达来降低细胞毒性；利用 RNA 微矩阵方法鉴定出的法尼基焦磷酸生物传感器可用于平衡代谢流，增加紫槐二烯的产量。