我國科學家實現(xiàn)底盤細胞生長與產(chǎn)物合成的精準調控

利用合成生物學構建細胞工廠能夠實現(xiàn)重要化學品和生物能源的高效制造，是解決目前人類面臨資源、能源和環(huán)境問題的關鍵技術。然而，生物合成往往與微生物細胞生長競爭資源，如何精準調控細胞的生長與產(chǎn)物合成是構建高效菌株的核心問題之一。設計一種普適性高且魯棒性好的細胞生長和生物合成平衡策略是解決上述問題的關鍵。

江南大學承擔的“合成生物學”重點專項“高版本模式微生物底盤細胞”，針對細胞生長調控方法適用范圍局限并且易受胞內代謝物干擾的問題，引入了基于密碼子擴展的正交翻譯系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)實現(xiàn)了代謝流調控和細胞生長關鍵酶中非天然氨基酸(ncAA)的插入，并通過“精確滴定”非天然氨基酸能夠“精準控制”代謝流量和細胞生長。研究人員首先在基因組重編碼的大腸桿菌中進行了測試，結合模型預測和實驗驗證，N-乙酰氨基葡萄糖產(chǎn)量提高4.5倍。在枯草芽孢桿菌中，結合理性設計與非理性篩選，研究人員成功構建了ncAA（O-甲基酪氨酸）高效利用系統(tǒng)，實現(xiàn)約80倍的基因表達水平激活。在此基礎上，通過滴定ncAA精確控制燕窩酸（N-乙酰神經(jīng)氨酸）合成底盤細胞的最大比生長速率，實現(xiàn)了3L發(fā)酵罐中燕窩酸產(chǎn)量3倍的提升，并同時實現(xiàn)了重組枯草芽孢桿菌底盤細胞的“生物封存”(避免重組菌逃逸至自然環(huán)境中繁殖)。

該研究為生長與代謝精準可控高版本底盤細胞創(chuàng)建提供了新策略，研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。（摘自科技部網(wǎng)站http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/202110/t20211021_177410.html）