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《工程(英文)》 >> 2023年 第28卷 第9期 doi: 10.1016/j.eng.2023.03.019
重构异戊二烯焦磷酸代谢途径促进萜类化合物的合成
a Key Laboratory of Carbohydrate Chemistry and Biotechnology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
b Science Center for Future Foods, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
c Richen Bioengineering Co., Ltd., Nantong 226000, China
d State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
e Department of Bioengineering and Centre for Synthetic Biology, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK
摘要
萜类化合物是最大的一类天然产物。它们是以异戊二烯焦磷酸(IPP)作为基本单元构建而成的。使用细胞 工厂合成萜类化合物已经引起了极大关注。而迄今为止,IPP的供应不足仍然是高效合成萜类化合物的主 要挑战。在本项研究中,发现在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中,中心代谢和IPP供应之间的代谢通量分 配不平衡阻碍了IPP的积累。因此,本研究构建了一系列响应丙酮酸和(或)丙二酰辅酶A的双输入多输出 (two-input-multi-output, TIMO)基因回路,对IPP的代谢途径进行了改造,使IPP的积累增加了将近4倍。 随后,设计了一种IPP代谢网络重构策略以提高三种萜类化合物的产量,包括维生素K2(MK-7,4.1倍)、番 茄红素(9倍)和β-胡萝卜素(0.9倍)。在50-L的生物反应器中,MK-7的产量达到1549.6 mg∙L−1 ,是迄今为 止报道的最高产量。本文提出了一种基于TIMO基因回路的IPP代谢网络重构框架,可用于复杂代谢网络 的协同精细调控,从而实现萜类化合物的高效合成。
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