面向生物合成的代谢工程策略设计

图1由代谢网络分析确定聚3-羟基丁酸酯（P3HB）合成最优途径

（a）常规途径由于丙酮酸脱氢步骤的碳损失1个葡萄糖（6个碳原子）只能生成1个P3HB（4个碳原子），碳摩尔得率为0.67；（b）通过代谢网络模型计算得到新途径通过苏氨酸循环由1个葡萄糖得到1.28个P3HB，碳摩尔得率提高到0.85。新途径的实现可显著降低原料成本

外源基因的引入不但可以使细胞从无到有获得合成新产品的能力，也可以形成新的途径提高已有产品的得率。Bogorad 等通过在大肠杆菌中引入来源于 B. adolescentis 的戊糖/己糖磷酸转酮酶（Fxpk）构建了非氧化酵解途径（non-oxidative glycolysis，NOG）。通过该途径可以实现 1 个葡萄糖生成 3 个乙酸，即完全没有碳损失（图 2）。我们在大肠杆菌 iJO1366 模型中引入该反应后通过 FBA 分析对上百种生物产品的理论得率进行了计算，发现至少有几十种生化产品的得率都有了显著提高。在这一计算结果指导下，构建了含 NOG 途径的大肠杆菌菌株并分别用于 P3HB、丙酮和异丙醇的生产。改造后的菌株与出发菌株相比得率均有显著提高。最近 Meadows 等将 NOG 途径引入到酿酒酵母细胞中构建了法尼烯合成细胞工厂，最终菌株法尼烯对葡萄糖的碳摩尔得率由 0.52 提高到 0.65。

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