锐谈 | Nat. Metab.：代谢重构高能酵母底盘
- 分类： 行业新闻
- 作者：海浪
- 来源：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00654-1
- 发布时间：2022-12-20 15:23
- 访问量：
锐谈 | Nat. Metab.：代谢重构高能酵母底盘
【概要描述】
代谢重构酵母能量合成系统——双能量引擎助力高效细胞工厂
细胞增殖和化合物合成必要分化代谢过程供给能量、氧化原动力和生物合成的前体。对于脂质等高价钱的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞每每必要额外的还原力和能量合成这些化合物。而这无疑必要对细胞的代谢网络进行重构，由于细胞获取能量和还原力、前体分子的目的是为了本身成长，而不是产物合成。
近期，国际著名顶刊「Nature Metabolism」发表的题为“Metabolic reconfiguration enable synthetic reductive metabolism in yeast”的查究论文通过理性设计重构了酵母能量合成体系，兑现了双能量引擎助力高效细胞工厂。查究职员通过理性重排还原代谢，在酵母细胞内构建了一个新式能量合成体系，利用的单脱羧反应和转氢轮回兑现了NADPH和NADH的合成，并转变为能量ATP进行开释。如图一所示，该体系由磷酸戊糖轮回、转氢轮回和外部呼吸链三个模块构成。该体系可替代原有的TCA轮回，能够通过供应能量ATP和添补细胞质中NADPH或NADH的提供支撑滋长，能够支撑高度还原的化学物质的爆发，如甘油、琥珀酸和游离脂肪酸。本查究是第一个通过理性设计构建的能量合成体系，它揭示了细胞能量代谢网络的可塑性，体现了生物设计的气力和魅力。
能量合成系统包含三个模块。首先，通过下调PFK1/2，PP通路转化为PP轮回，从而兑现几次脱羧。H+以NADPH的形势领导。其次，引入一个转氢化酶轮回，NADPH转化为NADH。末端，细胞质中的NADH被转移到线粒体膜中的呼吸链上爆发能量。
琥珀酸是一种四碳二羧酸，从丙酮酸合成琥珀酸需要细胞供应额外的还原力NADH。研究者在SynENG001菌株中过表达了琥珀酸合成所需要的各基因，并下调了磷酸果糖激酶的表达程度鼓动碳流多流向PP轮回，使琥珀酸的产量升至3.3 g/L。在此过程中研究者发现了甘油的积累，这些都说明PP轮回和转氢轮回导致细胞内的NADH过剩。
自然界的产油真菌中线粒体内的异柠檬酸脱氢酶受损会导致油脂的过度生产，查究者在优化的产自由脂肪酸菌株动态调控IDH2的表达，得到菌株Y&Z032。但是摇瓶发酵后细胞生长和FFAs产量下降了。查究者琢磨这是因为胞内能量供给不够，以是放入了转氢轮回和外部呼吸链，得到的菌株SynENG024生物量提高100%，FFA产量提高200%。这印证了能量合成体系可以撑持细胞生长和高还原性化合物的生产。别的，查究者还过表达不同来历的果糖-1,6-二磷酸酶FBP1提高NADPH供给；运用不同的启动子微调NADPH比ATP的例，但并未察看到FFAs产量的清楚提高。以是在胞内表达了非氧化糖酵解门路，PP门路部门分流到乙酰辅酶A的合成。如预期所料，FFAs产量提高了30%。分批补料发酵尝试中，查究者在FFAs生产的最佳菌株SynENG050中回复复兴了完整功能的TCA轮回避免高浓度乙醇的积累，过表达一份FFAs合成门路角逐碳源和消耗过多的NADH，得到菌株SynENG058，发酵后运用十二烷进行萃取，得到20 g/L的FFAs，产率达到0.134 g FFAs/g葡萄糖，为最高理论得率的40%，这是已知在酿酒酵母中的最高产量。
- 分类： 行业新闻
- 作者：海浪
- 来源：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00654-1
- 发布时间：2022-12-20 15:23
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代谢 重构酵母能量合成系统 ——双能量引擎助力 高效细胞工厂
细胞增殖和化合物合成必要分化代谢过程供给能量、氧化原动力和生物合成的前体。对于脂质等高价钱的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞每每必要额外的还原力和能量合成这些化合物。而这无疑必要对细胞的代谢网络进行重构，由于细胞获取能量和还原力、前体分子的目的是为了本身成长，而不是产物合成。
近期，国际著名顶刊《 Nature Metabolism 》发表的题为 “Metabolic reconfiguration enable synthetic reductive metabolism in yeast”的考究论文通过理性设计重构了酵母能量合成编制，兑现了双能量引擎助力高效细胞工场。 考究人员通过理性重排还原代谢，在酵母细胞内构建了一个新式能量合成体系，利用的单脱羧反映和转氢轮回实现了 NADPH和NADH的合成，并转变为能量ATP进行释放。如图一所示，该体例由磷酸戊糖轮回、转氢轮回和外部呼吸链三个模块组成。 该系统可替代原有的 TCA轮回，可能通过供给能量ATP和添加细胞质中NADPH或NADH的供给支撑滋长，可能支撑高度还原的化学物质的发作，如甘油、琥珀酸和游离脂肪酸。本研究是第一个通过理性设计构建的能量合成体例，它揭示了细胞能量代谢网络的可塑性，再现了生物设计的气力和魅力。
能量合成系统包含三个模块。首先，通过下调 PFK1/2，将PP通路转化为PP循环，从而实现反复脱羧。H + 以 NADPH的形势携带。其次，引入一个转氢化酶循环，NADPH转化为NADH。结尾，细胞质中的NADH被迁移到线粒体膜中的呼吸链上产生能量。
琥珀酸是一种四碳二羧酸，从丙酮酸合成琥珀酸必要细胞提供额外的还原力 NADH。研究者在SynENG001菌株中过表达了琥珀酸合成所须要的各基因，并下调了磷酸果糖激酶的表达水平鼓舞碳流更多流向PP循环，使琥珀酸的产量升至约3.3 g/L。在此过程中研究者还发觉了甘油的积累，这些都证明PP循环和转氢循环导致细胞内的NADH过剩。
当然界的产油真菌中线粒体内的异柠檬酸脱氢酶受损会导致油脂的过度生产，研究者在优化的产解放脂肪酸菌株动态调控 IDH2的表达，得到菌株Y&Z032。但是摇瓶发酵后细胞成长和FFAs产量着落了。研究者揣摩这是因为胞内能量提供不敷，因此插进了转氢轮回和外部呼吸链，得到的菌株SynENG024生物量相对提高100%，FFA产量提高200%。这印证了能量合成体系不妨支柱细胞成长和高还原性化合物的生产。其余，研究者还过表达区别出处的果糖-1,6-二磷酸酶FBP1提高NADPH提供；使用区别的启动子微调NADPH比ATP的例，但并未观察到FFAs产量的清楚提高。因此在胞内表达了非氧化糖酵解途径，PP途径部分分流到乙酰辅酶A的合成。如预期所料，FFAs产量提高了30%。分批补料发酵试验中，研究者在FFAs生产的最好菌株SynENG050中收复了完整功能的TCA轮回避免高浓度乙醇的积累，过表达一份FFAs合成途径逐鹿碳源和消耗过多的NADH，得到菌株SynENG058，发酵后使用十二烷进行萃取，得到20 g/L的FFAs，产率到达0.134 g FFAs/g葡萄糖，为最高理论得率的40%，这是已知在酿酒酵母中的最高产量。
资料来源： https://www.nature.com/articles/s42255-022-00654-1
