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“代谢驱动力”助力化学品高效生物合成

伴同着合成生物学的生长，多的代谢调控策略被应用于化学品的高效合成，譬喻蛋白质改造、群体感触、 RNA干扰以及生长偶联等。

频年来，“代谢驱动力”助力化学品高效生物合成成为新的查究热门，并显示出巨大的滋长潜力。

国际著名顶刊《 Nature Communications」2,019发表的题为“Targeting metabolic driving and intermediate influx in lysine catabolism for high-level glutarate production”的查究论文充分说明了“代谢驱动力”的存在，并实现了戊二酸的高效生物合成。

如图 1所示，文章作者运用大肠杆菌天然赖氨酸分化代谢机制生物合成戊二酸，在不引入外源基因的境遇下，通过五重驱动力：

1) 谷氨酸和α-酮戊二酸的循环再生；

2) NAD(P)+和NAD(P)H的循环再生；

3)赖氨酸反馈抑制的解除；

4) 转运蛋白促进中间体再回收利用；

5」 补充前体草酰乙酸的供给，以发作强大的代谢驱动力，从而助力戊二酸的高效合成。

其它，如表一所示，该查究通过开释驱动力，说明了由于驱动力的强大驱动效用，生产路线越长，反而代谢通量高。，在补料分批条件下，戊二酸的产量到达54.5 g/L。

在另一个例子中，国际期刊《 Biotechnology and Bioengineering」2,020发表的题为“Synergetic utilization of glucose and glycerol for efficient myo-inositol biosynthesis”的查究论文通过人工设计一种滋长驱动力，兑现了76 g/L的肌醇生物合成。

如图 2所示，在该查究中，一种甘油和葡萄糖配合使用的成长偶联策略被设计。个中，甘油被用于细胞的成长，葡萄糖被用于肌醇的合成。该查究磷酸烯醇式丙酮酸PEP到丙酮酸PYR的代谢路径阻断，导致细胞成长停滞。当细胞使用葡萄糖出产肌醇时，大量的PEP本领被转化为PYR，从而回复复兴细胞的成长。也就是说，只有当肌醇产量高时细胞成长本领越好，而，甘油代谢中积累的大量PEP也促进细胞葡萄糖转化为肌醇。这种成长驱动力的存在，导致了肌醇的高效生物合成，96小时内到达76 g/L的产量，为当前所报道的最高产量。

驱动力对于高效生物合成目标化 合物是至关重要的，可以以推力 「例如增加前体供应」、拉力「例如排生产物」或内里循环力「例如辅底物、辅因子以及氧化还原力平衡」等形势存在。除了以上例子外，在厌氧前提下，NAD「P」H用作内里循环泵，用于出产乳酸、琥珀酸、乙醇和1-丁醇。而在有氧前提下，过表达关键的道路中酶和促进产物外排被用作驱动力。其它，在阿魏酸、褪黑素、氧合紫杉烷、白藜芦醇等高附加值化学品生物合成过程中，代谢驱动力的存在极大的促进了产量的提升。

代谢驱动力的深入查究以及广泛应用，不单是合成生物学领域的一大长进，更为物业化规模出产更多化学品带来希望。

原文链接 1： https://wwwnature.53yu.com/articles/s41467-019-11289-4.

原文链接 2：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bit.27263.