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微生物所輔因子自平衡的全細(xì)胞催化劑設(shè)計(jì)取得進(jìn)展

2017-11-21 11:22來源：生物360

微生物細(xì)胞工廠高效生產(chǎn)化學(xué)品是先進(jìn)生物制造的重要手段。目標(biāo)產(chǎn)物的合成途徑可能涉及多個(gè)輔因子或共底物，輔因子供應(yīng)不足和輔因子不平衡等問題常常成為高效生物合成的重要瓶頸。針對該問題，中國科學(xué)院微生物研究所陶勇研究組通過設(shè)計(jì)輔因子自平衡的系統(tǒng)，將合成途徑中所需的多個(gè)輔因子進(jìn)行同時(shí)再生循環(huán)，實(shí)現(xiàn)合成系統(tǒng)中輔因子的自平衡，促進(jìn)產(chǎn)物的高效合成，并在苯乙醇生物合成中得到成功應(yīng)用。


從苯丙酮酸合成苯乙醇的代謝途徑需要共底物α- 酮戊二酸 (2-oxoglutarate) 和還原力 (NAD(P)H)的參與，α- 酮戊二酸的供應(yīng)不足和還原力平衡問題是限制苯乙醇產(chǎn)量進(jìn)一步提高的重要瓶頸。針對輔因子供應(yīng)和循環(huán)問題，該研究以大腸桿菌為底盤，通過在合成系統(tǒng)中利用谷氨酸脫氫酶設(shè)計(jì)一個(gè)“橋梁”，構(gòu)建輔因子自平衡的細(xì)胞工廠，無需外源添加任何輔因子，細(xì)胞催化效率提高近 4 倍，實(shí)現(xiàn)了苯丙氨酸高效轉(zhuǎn)化生成具有玫瑰香的苯乙醇。

該研究通過進(jìn)一步移除合成系統(tǒng)中的氨，催化系統(tǒng)能以苯丙酮酸為**底物該效合成苯乙醇，同時(shí)只有水和 CO2 作為副產(chǎn)物，從而建立了一個(gè)高效、干凈的生物催化系統(tǒng)。該輔因子自平衡系統(tǒng)對氨基酸到相應(yīng)的醇的合成具有普遍的適用性。本研究提供了一種解決輔因子 / 還原力不平衡的新途徑，并展示了輔因子自平衡系統(tǒng)促進(jìn)化學(xué)品合成的廣泛適用性。

該研究成果發(fā)表在 Metabolic Engineering 期刊上。陶勇課題組博士生王鵬超為文章的**作者，陶勇、微生物所副研究員林白雪、福建師范大學(xué)教授黃建忠為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、“973”項(xiàng)目和中國科學(xué)院 / 國家外國專家局“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃”的資助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717617301039