面向生物合成的代謝工程策略設(shè)計(jì)
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圖1由代謝網(wǎng)絡(luò)分析確定聚3-羥基丁酸酯（P3HB）合成最優(yōu)途徑
（a）常規(guī)途徑由于丙酮酸脫氫步驟的碳損失1個(gè)葡萄糖（6個(gè)碳原子）只能生成1個(gè)P3HB（4個(gè)碳原子），碳摩爾得率為0.67；（b）通過代謝網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到新途徑通過蘇氨酸循環(huán)由1個(gè)葡萄糖得到1.28個(gè)P3HB，碳摩爾得率提高到0.85。新途徑的實(shí)現(xiàn)可顯著降低原料成本
外源基因的引入不但可以使細(xì)胞從無到有獲得合成新產(chǎn)品的能力，也可以形成新的途徑提高已有產(chǎn)品的得率。Bogorad?等通過在大腸桿菌中引入來源于?B. adolescentis?的戊糖/己糖磷酸轉(zhuǎn)酮酶（Fxpk）構(gòu)建了非氧化酵解途徑（non-oxidative glycolysis，NOG）。通過該途徑可以實(shí)現(xiàn)?1?個(gè)葡萄糖生成?3?個(gè)乙酸，即完全沒有碳損失（圖?2）。我們?cè)诖竽c桿菌?iJO1366?模型中引入該反應(yīng)后通過?FBA?分析對(duì)上百種生物產(chǎn)品的理論得率進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)至少有幾十種生化產(chǎn)品的得率都有了顯著提高。在這一計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)下，構(gòu)建了含?NOG?途徑的大腸桿菌菌株并分別用于?P3HB、丙酮和異丙醇的生產(chǎn)。改造后的菌株與出發(fā)菌株相比得率均有顯著提高。最近?Meadows?等將?NOG?途徑引入到釀酒酵母細(xì)胞中構(gòu)建了法尼烯合成細(xì)胞工廠，最終菌株法尼烯對(duì)葡萄糖的碳摩爾得率由?0.52?提高到?0.65。