植物天然产物合成生物学研究

细胞工厂性能提升

细胞工厂综合效率的提高受很多因素影响，包括高效的原料利用率、产物的储存能力、优秀的发酵性能等多个方面。近期科学家们在亚细胞区室利用、产物储存、酶载体和菌株抗污染等方面发展了新的策略。

细胞器空间的充分利用。细胞中的线粒体、高尔基体、内质网等细胞器能为生物反应提供催化环境。例如，利用导肽将法尼基焦磷酸合酶和瓦伦烯合酶定位到酵母细胞器线粒体中，可以增加工程菌天然香精瓦伦烯的合成；通过将吗啡生物合成途径中相关酶的 C 端锚定至内质网，可以增加吗啡的生成率。

细胞膜工程。植物天然产物中有相当部分是疏水化合物，它们一般会滞留在细胞中，但由于细胞空间有限，从而影响目标产物的生产。中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家近期研究了大肠杆菌细胞膜改造对提高萜类化合物合成能力的影响。研究结果显示，调控与细胞膜合成相关基因，能使细胞的膜量增加并向内堆积，从而显著提高用于存储 β- 胡萝卜素的空间，增加了工程菌中 β- 胡萝卜素产量。

内质网工程。为功能酶提供更多的催化场地是近期发展的一种新方法，如通过敲除酿酒酵母的 PHA1 基因来提高酵母中内质网的含量，极大地增大了定位于内质网膜的细胞色素 P450 酶的附着空间，提高了酶的含量和催化产物的产量。

非典型营养物质利用。在工程菌大规模发酵生产过程中，杂菌的污染较常见，严重影响生产效率。Novogy 公司和美国麻省理工学院的科学家首先改造酿酒酵母、解脂耶氏酵母和大肠杆菌等微生物营养元素的利用途径，通过在发酵过程中使用杂菌不能利用的营养元素建立发酵工艺，能显著提高工程微生物细胞的抗污染能力。