酿酒酵母乙酰辅酶A精细调控合成萜类化合物研究进展

酿酒酵母作为细胞工厂被用来生产多种萜类化合物。乙酰辅酶A为合成萜类化合物的基本前体,细胞质乙酰辅酶A供应不足会导致目标产物产量较低,调控乙酰辅酶A合成是构建目标萜类化合物高产合成途径的重要手段。本文介绍了酿酒酵母乙酰辅酶A作为重要中心碳代谢分子,主要在细胞核组蛋白乙酰化、细胞质丙酮酸脱氢酶支路、线粒体三羧酸循环和过氧化物酶体乙醛酸循环中参与的代谢过程。总结了通过强化酿酒酵母内源丙酮酸脱氢酶支路,引入低三磷酸腺苷（ATP）消耗的异源乙酰辅酶A合成途径,增加辅酶A合成和利用线粒体乙酰辅酶A含量高且对其不渗透的特性进行区域化合成以提高乙酰辅酶A含量的代谢工程策略,旨在为酿酒酵母萜类化合物的高效合成提供借鉴。     

以乙酰辅酶A羧化酶(Accase)为靶标的抗菌剂研究进展

综述了同内外以乙酰辅酶A羧化酶Accase为靶标的抗菌剂研究进展及存在的问题,并简要介绍了笔者课题组的相关研究工作。     

杂草对抑制乙酰辅酶A羧化酶除草剂的抗性及其利用

自从引入芳氧苯氧丙酸类与环己烯酮类除草剂后,其所抑制的乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)成为除草剂作用的重要靶标,众多新品种被开发出来,而靶标抗性成为禾本科杂草的主要抗性机制。评述了禾本科杂草对芳氧苯氧丙酸与环己烯酮除草剂的抗性、交互抗性、多抗性及其治理与利用。     

工业微生物还原型辅酶Ⅱ的代谢调控研究进展

还原型辅酶Ⅱ（NADPH）主要参与细胞合成代谢,是微生物代谢网络中含量最丰富的氧化还原辅酶之一。辅酶工程作为代谢工程的重要分支,通过改变微生物胞内辅酶再生途径,进而改变细胞内代谢产物构成。本文在归纳NADPH产生途径和调控的基础上,分析和评述了工业微生物基于辅酶工程的NADPH代谢调控研究进展,包括过量表达NADPH代谢相关酶、敲除NADPH代谢相关基因及引入特定代谢途径等策略,指出今后的研究重点在于深入理解NADPH调控与中心碳代谢网络的相互作用,为利用代谢工程进行细胞工厂改造提供 基础。     

大肠杆菌生产CoQ10的代谢工程研究进展

随着对CoQ生物合成途径及其调控机制的深入研究,利用代谢工程的方法定向地改良菌种,优化CoQ10的代谢途径,成为提高CoQ10发酵水平的新思路。本文总结了重组大肠杆菌生产CoQ10过程中其代谢途径及其途径修饰的研究进展,分析了生产CoQ10的代谢工程限制因素,提出了利用重组大肠杆菌生产CoQ10的代谢工程策略。     

大肠杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展

琥珀酸是一种重要的化工原料,具有广阔的市场. 微生物发酵法生产琥珀酸可以解决常规化学合成法对石油的依赖. 代谢工程的兴起使重组大肠杆菌生产琥珀酸变为可能,也取得了一定的成效,但是其发酵强度还不够高,且过程中伴随着其他有机酸的积累,因此还不适于工业化生产. 代谢工程以系统生物学为基础,为重组大肠杆菌的进一步改造提供了更合理的依据. 本工作以大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为对象,系统综述了大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的代谢工程技术及其最新研究进展,并探讨了将来的发展前景.     

代谢工程改造大肠杆菌生产L-色氨酸的研究进展

色氨酸,芳香族氨基酸之一,已被广泛应用于食品、化工、医药等行业.同传统方法酶催化、化学合成法相比,微生物法生产L-色氨酸具有生产成本低、环保和操作方便等优点.随着生物技术的快速发展,人们对大肠杆菌内色氨酸的合成机制有了更深入的了解,并实现了大肠杆菌L-色氨酸的高效生产.然而,如何突破目前大肠杆菌生产L-色氨酸的能力,降...     

辅酶A定价过低厂家停产医院告急

国家发改委第21次药品调价目录中，注射用辅酶A每瓶（100U）最高零售价从原先的十几元猛然降为0．41元。降价文件执行伊始，市场便传来消息，注射用辅酶A供应商不再供货，厂家不再生产，医院面临无药可用的尴尬．     

大肠杆菌调控因子工程及其菌株耐受性研究进展

大肠杆菌具有金字塔式的基因表达等级调控网络,调控因子的自动调控、共调控和交叉调控,构成了复杂而又精细的转录调控网络。微生物通过扰动和优化这个高效的调控网络快速地响应环境变化,而适应新的耐受条件。微生物的耐受性是由多基因控制的复杂表型,通过大肠杆菌调控因子工程,可以大尺度重构调控网络,显著改进菌株耐受性,成为了近几年的研究热点。本文总结了大肠杆菌调控因子及其工程方法,综述了通过大肠杆菌调控因子工程重构代谢网络来提高菌株耐受性的最新研究进展,展望了通过大肠杆菌调控因子工程提高菌株鲁棒性的发展方向。     

大肠杆菌及其耐乙酸突变菌的连续培养和代谢流比较

在氮源限制基本培养基中连续培养大肠杆菌DH5α及其乙酸耐受突变株DA19。与DH5α相比,突变株DA19降低了葡萄糖的消耗,减少了乙酸和丙酮酸的生成,提高了菌体关于葡萄糖的得率。利用物料平衡和代谢反应的化学计量关系,分析了二者在比生长速率0.13 h^-1下的稳态代谢流分布。与DH5α相比,DA19的三羧酸循环流量高,酵解途径的流量低,从而减少了乙酸等副产物的分泌,反映了能量代谢效率的明显提高。比较了二者异柠檬酸裂解酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、磷酸果糖激酶、异柠檬酸脱氢酶和乙酸激酶的活性,酶活变化与代谢流结果基本一致。     

Metabolic engineering strategies for D‐lactate over production in Escherichia coli

D‐lactate is an important chiral intermediate and a substrate for polylactic acid (PLA) production. Escherichia coli accumulate D‐lactate as the primary fermentative product, and synthesis is directly controlled by the activity of lactate dehydrogenase, the efficiency of the carbon resource utilization, and the redox state. D‐lactate accumulation is complicated by the flux through the competing metabolic routes and the indirect regulation of energy metabolism, as well as by the unexpected interconnectivities of the cellular components in the remote metabolic routes. These effects have been extensively studied, and a number of metabolic engineering strategies have been applied to overproduce D‐lactate with high titers, yields and productivities in E. coli that have been able to reduce the production costs and precisely control the fermentation process. This review summarizes the related strategies and suggests directions for further study; these directions provide guidelines for the development of other metabolic products using E. coli as an industrial platform. © 2015 Society of Chemical Industry     

大肠杆菌偏利共培养系统合成大豆苷元

大豆苷元是一种植物雌激素,具有多种生物活性,但在大肠杆菌中的生物全合成还未见报道。基于大豆苷元合成途径的三个模块（对香豆酸、甘草素和大豆苷元模块）,构建大肠杆菌共培养系统从头合成大豆苷元。将对香豆酸和甘草素模块分配到两株大肠杆菌中构建双菌共培养系统,合成甘草素。在此基础上,探索了三种共培养模式合成大豆苷元,结果显示,三菌共培养系统比其他两种双菌共培养系统的产量更高,达到27.8 mg/L。共培养菌株间通过苯丙氨酸的单向流动形成了偏利共生的关系,有助于平衡代谢途径,提高大豆苷元产量。该共培养系统在大肠杆菌中实现大豆苷元的从头合成,为其他黄酮类化合物的生物合成提供了即插即用的平台。     

大肠杆菌偏利共培养系统合成大豆苷元

大豆苷元是一种植物雌激素,具有多种生物活性,但在大肠杆菌中的生物全合成还未见报道。基于大豆苷元合成途径的三个模块（对香豆酸、甘草素和大豆苷元模块）,构建大肠杆菌共培养系统从头合成大豆苷元。将对香豆酸和甘草素模块分配到两株大肠杆菌中构建双菌共培养系统,合成甘草素。在此基础上,探索了三种共培养模式合成大豆苷元,结果显示,三菌共培养系统比其他两种双菌共培养系统的产量更高,达到27.8 mg/L。共培养菌株间通过苯丙氨酸的单向流动形成了偏利共生的关系,有助于平衡代谢途径,提高大豆苷元产量。该共培养系统在大肠杆菌中实现大豆苷元的从头合成,为其他黄酮类化合物的生物合成提供了即插即用的平台。     

代谢工程在生物丁醇生产中的应用及研究进展

传统的丁醇发酵由于其产量和产率都较低,制约了生物丁醇的发展。代谢工程以系统生物学为基础,为生物丁醇生产菌种的改造提供了合理的依据。介绍了丁醇发酵的菌种与丁醇的生物合成途径,综述了代谢工程方法在生物丁醇生产中的应用及其最新研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

Synergetic Fermentation of Glucose and Glycerol for High-Yield N-Acetylglucosamine Production in Escherichia coli

N-acetylglucosamine (GlcNAc) is an amino sugar that has been widely used in the nutraceutical and pharmaceutical industries. Recently, microbial production of GlcNAc has been developed. One major challenge for efficient biosynthesis of GlcNAc is to achieve appropriate carbon flux distribution between growth and production. Here, a synergistic substrate co-utilization strategy was used to address this challenge. Specifically, glycerol was utilized to support cell growth and generate glutamine and acetyl-CoA, which are amino and acetyl donors, respectively, for GlcNAc biosynthesis, while glucose was retained for GlcNAc production. Thanks to deletion of the 6-phosphofructokinase (PfkA and PfkB) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (ZWF) genes, the main glucose catabolism pathways of Escherichia coli were blocked. The resultant mutant showed a severe defect in glucose consumption. Then, the GlcNAc production module containing glucosamine-6-phosphate synthase (GlmS*), glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase (GNA1*) and GlcNAc-6-phosphate phosphatase (YqaB) expression cassettes was introduced into the mutant, to drive the carbon flux from glucose to GlcNAc. Furthermore, co-utilization of glucose and glycerol was achieved by overexpression of glycerol kinase (GlpK) gene. Using the optimized fermentation medium, the final strain produced GlcNAc with a high stoichiometric yield of 0.64 mol/mol glucose. This study offers a promising strategy to address the challenge of distributing carbon flux in GlcNAc production.     

多元模块工程在代谢工程中的应用与研究进展

随着代谢工程理论体系的发展,代谢工程的研究方法目前已从对单一途径的调控转变为对整个代谢网络的全局调控。同时,为了在工业微生物领域实现与化学工业生产规模相当的生物炼制过程,代谢工程需要一套通用的菌株优化策略。其中关键问题之一,是解决代谢通量的不平衡。本文介绍了基于传统的理性代谢工程与近年来兴起的组合工程中存在的问题,研究者提出了一种模块化的代谢网络优化策略--多元模块工程（multivariate modular metabolic engineering,MMME）。阐述了多元模块工程的原理和方法,列举了其常用的调控技术和手段,在此基础上综述了近年来模块化策略在代谢工程领域的应用进展,提出了该策略面临的主要问题并展望了其未来的发展方向。     

Chromosomal Engineering of Escherichia coli for Efficient Production of Coenzyme Q10

The plasmid-expression system is routinely plagued by potential plasmid instability. Chromosomal in-tegration is one powerful approach to overcome the problem. Herein we report a plasmid-free hyper-producer E. coli strain for coenzyme Q10 production. A series of integration expression vectors, pxKC3T5b and pxKT5b, were constructed for chemically inducible chromosomal evolution （multiple copy integration） and replicon-free and markerless chromosomal integration （single copy integration）, respectively. A coenzyme Q10 hyper-producer Es-cherichia coli TBW20134 was constructed by applying chemically inducible chromosomal evolution, replicon-free and markerless chromosomal integration as well as deletion of menaquinone biosynthetic pathway. The engineered E. coli TBW20134 produced 10.7 mg per gram of dry cell mass （DCM） of coenzyme Q10 when supplemented with 0.075 g·L^-1 of 4-hydroxy benzoic acid;this yield is unprecedented in E. coli and close to that of the commercial producer Agrobacterium tumefaciens. With this strain, the coenzyme Q10 production capacity was very stable after 30 sequential transfers and no antibiotics were required during the fermentation process. The strategy presented may be useful as a general approach for construction of stable production strains synthesizing natural products where various copy numbers for different genes are concerned.