12月21日，代謝工程領(lǐng)域國(guó)際旗艦期刊《Metabolic Engineering》在線發(fā)表了我院劉天罡教授課題組最新綜述論文Rational synthetic pathway refactoring of natural products biosynthesis in actinobacteria，針對(duì)目前放線菌合成通路重構(gòu)的難點(diǎn)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的討論，提出了應(yīng)對(duì)策略。
放線菌作為最主要的抗生素生產(chǎn)者有不可替代的地位和優(yōu)勢(shì)，目前廣泛使用約三分之一的抗生素藥物如阿維菌素、紅霉素、FK506等均通過放線菌大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵來(lái)獲得。隨著霧霾等環(huán)境污染問題的日益加重，幾乎所有的抗生素發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)都面臨如何提高得率和底物轉(zhuǎn)化率、如何能耗和減少?gòu)U棄物排放的問題。劉天罡教授課題組基于在相關(guān)研究領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累，就上述問題策略性地提出了幾種解決方案。一方面，通過體外重建及系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析幫助快速獲取目標(biāo)代謝途徑中各個(gè)組件的貢獻(xiàn)或最佳比例，進(jìn)而指導(dǎo)改造工作，稱之為定向合成代謝。利用該策略已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種重要化合物如脂肪酸酯、脂肪醇的高產(chǎn)，并同樣適用于指導(dǎo)放線菌中合成通路的重構(gòu)。另一方面，利用PacBio三代測(cè)序平臺(tái)及高分辨質(zhì)譜等組學(xué)分析平臺(tái)完成轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和代謝組學(xué)分析，同時(shí)通過多組學(xué)聯(lián)用的分析方法，真實(shí)而且直觀地反映細(xì)胞內(nèi)的代謝狀態(tài)，幫助指導(dǎo)和快速定位天然產(chǎn)物合成途徑網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵瓶頸，最后利用各種元件（如各種啟動(dòng)子和RBS庫(kù)、高效合成模塊和調(diào)控模塊）實(shí)現(xiàn)代謝節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)改造和重構(gòu)。通過理性且系統(tǒng)的合成通路重構(gòu)，將有利于代謝通路合成效率的提高并最終幫助實(shí)現(xiàn)目標(biāo)天然產(chǎn)物得率和底物轉(zhuǎn)化率的提高。
更值得一提的是，隨著微生物基因組時(shí)代的來(lái)臨，如何從微生物菌株資源的基因組大數(shù)據(jù)中挖掘得到并最終獲得新穎結(jié)構(gòu)和活性的化合物也是目前研究熱點(diǎn)。該論文提出的代謝通路重構(gòu)的策略同樣適用于天然產(chǎn)物挖掘及后續(xù)的高效合成，其提出的代謝通路重構(gòu)的理念將為我國(guó)微生物藥物產(chǎn)業(yè)的升級(jí)提供理論指導(dǎo)。
目前，劉天罡教授課題組致力于利用代謝工程的技術(shù)手段解決微生物藥物、重要天然產(chǎn)物高效合成的問題，已在本學(xué)科領(lǐng)域發(fā)表了多篇高水平研究論文，并與相關(guān)企業(yè)合作將有關(guān)成果應(yīng)用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
（論文鏈接http://dx.doi.org/10.1016/j.ymben.2016.12.006）
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