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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成长，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、群体觉得、 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点，并展现出巨大的成长潜力。

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，文章作者使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况下，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，以爆发强大的代谢驱动力，从而助力戊二酸的高效合成。

别的，如表一所示，该查究还通过释放驱动力，表明了因为驱动力的强大驱动功效，出产路线长，反而代谢通量高。，在补料分批条件下，戊二酸的产量抵达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”的研究论文通过人工设计一种成长驱动力，实现了76 g/L的肌醇生物合成。

如图 2所示，在该查究中，一种甘油和葡萄糖协同使用的发展偶联策略被设计。此中，甘油被用于细胞的发展，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，导致细胞发展停滞。当细胞使用葡萄糖生产肌醇时，多量的PEP能力被转化为PYR，从而克复细胞的发展。也便是说，只有当肌醇产量高时细胞发展能力越好，而，甘油代谢中积累的多量PEP也促进细胞葡萄糖转化为肌醇。这种发展驱动力的存在，导致了肌醇的高效生物合成，96小时内到达76 g/L的产量，为此刻所报道的最高产量。

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 「比喻添补前体供给」、拉力「比喻排出产物」或里面循环力「比喻辅底物、辅因子以及氧化还原力均衡」等阵势存在。除了以上例子外，在厌氧条件下，NAD「P」H用作里面循环泵，用于出产乳酸、琥珀酸、乙醇和1-丁醇。而在有氧条件下，过表达关键的道路中酶和促进产物外排通常被用作驱动力。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，代谢驱动力的存在都极大的促进了产量的提升。

代谢驱动力的深入研究以及广泛应用，不仅是合成生物学领域的一大上进，将为产业化规模出产更多化学品带来但愿。

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.