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、氧化还原动力和生物合成的前体。对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞时常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，因为细胞获取能量和还原力、前体分子的目的是为了自身发展，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系统，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型能量合成系统，使用的单脱羧反映和转氢轮回兑现了NADPH和NADH的合成，并转变为能量ATP进行开释。如图一所示，该系统由磷酸戊糖轮回、转氢轮回和外部呼吸链三个模块构成。该系统可替代原有的TCA轮回，不妨通过供给能量ATP和增补细胞质中NADPH或NADH的供应撑持滋长，不妨撑持高度还原的化学物质的产生，如甘油、琥珀酸和游离脂肪酸。本考究是第一个通过理性设计构建的能量合成系统，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。
能量合成体例包孕三个模块。，通过下调PFK1/2，PP通路转化为PP轮回，从而兑现再三脱羧。H+以NADPH的地势引导元首。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必要细胞供给额外的还原力NADH。考究者在SynENG001菌株中过表达了琥珀酸合成所必要的各基因，并下调了磷酸果糖激酶的表达程度督促碳流多流向PP循环，使琥珀酸的产量升至3.3 g/L。在此过程中考究者还发现了甘油的积累，这些都表明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出产，考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。考究者琢磨这是由于胞内能量供给不够，以是纳入了转氢循环和外部呼吸链，得到的菌株SynENG024生物量提高100%，FFA产量提高200%。这进一步印证了能量合成编制没关系支撑细胞成长和高还原性化合物的出产。另外，考究者还过表达差异来由的果糖-1,6-二磷酸酶FBP1提高NADPH供给；运用差异的开动子微调NADPH比ATP的例，但并未观察到FFAs产量的清楚提高。以是在胞内表达了非氧化糖酵解路线，PP路线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，考究者在FFAs出产的最佳菌株SynENG050中克复了完整功能的TCA循环避免高浓度乙醇的积累，过表达一份FFAs合成路线角逐碳源和消耗过多的NADH，得到菌株SynENG058，发酵后运用正十二烷进行萃取，得到20 g/L的FFAs，产率来到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、氧化还原动力和生物合成的前体。对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞时常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，因为细胞获取能量和还原力、前体分子的目的是为了自身发展，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体例，实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型能量合成体系，利用的单脱羧反应和转氢轮回实现了 NADPH和NADH的合成，并转变为能量ATP进行释放。如图一所示，该系统由磷酸戊糖循环、转氢循环和外部呼吸链三个模块组成。 该系统可替代原有的 TCA循环，可能通过提供能量ATP和添加细胞质中NADPH或NADH的提供维持生长，可能维持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，呈现了生物设计的力量和魅力。
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的阵势引导元首。其次，引入一个转氢化酶轮回，将NADPH转化为NADH。着末，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须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程度勉励碳流多流向PP循环，使琥珀酸的产量升至约3.3 g/L。在此过程中研究者发现了甘油的积累，这些都说明PP循环和转氢循环导致细胞内的NADH过剩。
固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，考究者在已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产量都着落了。考究者猜测这是因为胞内能量供给不够，因而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不妨维持细胞成长和高还原性化合物的出产。其它，考究者还过表达差别来历的果糖-1,6-二磷酸酶FBP1提高NADPH供给；运用差别的开动子微调NADPH比ATP的例，但并未观察到FFAs产量的清楚提高。因而在胞内表达了非氧化糖酵解道路，PP道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%。分批补料发酵实验中，考究者在FFAs出产的最佳菌株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，又过表达一份FFAs合成道路竞争碳源和消耗过多的NADH，得到菌株SynENG058，发酵后运用正十二烷进行萃取，得到20 g/L的FFAs，产率来到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。
资料来源： https://www.nature.com/articles/s42255-022-00654-1
