智能代謝重編研究取得新進展：代謝途徑的空間分割助力光驅(qū)動
近日，美國化學學會主辦、合成生物學領(lǐng)域的權(quán)威專業(yè)期刊《ACS Synthetic Biology》以封面文章形式發(fā)表了上海交通大學生命科學技術(shù)學院、微生物代謝國家重點實驗室許平教授團隊在智能代謝重編研究中的最新進展“Enhancing light-driven 1,3-propanediol production by using natural compartmentalization of differentiated cells”(ACS Synth Biol. 7, 2436-2446)。博士生劉洪玉為論文的第一作者，陶飛博士為通訊作者。
?
用合成生物學方法開發(fā)利用光合微生物，并以光驅(qū)動的方式合成材料和精細化學品是未來化合物的生產(chǎn)方式，被認為是替代化石資源、實現(xiàn)可持續(xù)的化學品生產(chǎn)、解決環(huán)境問題最具潛力的方案之一。然而，藍藻作為光合自養(yǎng)微生物，是一種產(chǎn)氧微生物，胞內(nèi)環(huán)境是高度氧化的，對很多氧敏感基因元件的適配性很差，導致光驅(qū)動化合物生產(chǎn)存在很大局限性。隨著合成生物學的發(fā)展，適配性問題已經(jīng)成為合成生物學研究中的核心問題之一。
?
為了解決藍藻中產(chǎn)氧底盤和氧敏感元器件的不適配問題，研究團隊師從大自然的智慧，創(chuàng)造性提出了一種利用自然細胞分化進行空間分割的策略，實現(xiàn)了氧敏感元器件在產(chǎn)氧生物中的功能性組裝。研究團隊以1,3-丙二醇（1,3-PD）生物合成途徑作為模式代謝途徑，在底盤藍藻魚腥藻中完成了厭氧途徑的組裝，然后利用缺氮條件誘導細胞特化為異型胞，形成的微氧環(huán)境，保護途徑中的氧敏感酶甘油脫水酶（GDHt）元件，實現(xiàn)了1,3-PD的光驅(qū)動生產(chǎn)。
?
?
本研究使用天然細胞分化產(chǎn)生的空間分割，使原本與宿主不匹配的代謝途徑能夠匹配，為解決適配性問題提供了新思路，并具有普遍的適用性。空間分割是源于進化的一種生物智慧，類似于異形胞的空間分割現(xiàn)象，在生物界還有很多種，如Rubisco、醛縮酶體等。真核生物的亞細胞結(jié)構(gòu)也可以認為是胞內(nèi)空間分割的高級形式，這些空間分割機制都有望在未來用于代謝途徑的分割、包裝，實現(xiàn)高效的催化過程。
?
“智能代謝重編” 由交大研究團隊在2014年提出，主要思想是倡導在代謝科學指引下，以代謝關(guān)鍵節(jié)點為靶點，用先進的合成生物學學方法，對代謝網(wǎng)絡(luò)實施非窮舉的干預，從實現(xiàn)精準的代謝工程目的。此前，交大研究團隊已經(jīng)在多個方面取得成果，諸如“藍細菌內(nèi)核”（Green Chem., 2015, 17, 3100-3110）、“代謝狀態(tài)開關(guān)”（Metab. Eng., 2017, 39, 90-101）、“代謝流陷阱”（ChemBioChem., 2016, 17, 1491-1494）、“途徑協(xié)調(diào)”（Metab. Eng., 2017, 41, 102-114.）、“溫度導向催化”（Chem. Int. Ed., 2018, 57, 1214-1217）、“酶的去進化”（Metab. Eng., 2017, 44, 70-80）等系列先進策略。該工作是“智能代謝重編”思想的又一次成功的理念拓展和策略創(chuàng)新，也是微生物代謝國家重點實驗室“代謝科學”特色學科布局下的又一成果。
?
該研究工作得到上海市科委和國家自然基金的資助，并得到了中國科學院水生生物研究所徐旭東教授、C. P. Wolk教授、J. W. Golden教授等人的無私幫助。
版權(quán)與免責聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com