生物合成途徑優(yōu)化

利用基因元件在宿主細(xì)胞中進(jìn)行異源生物合成途徑的重建，一般需要考慮多種影響途徑合成效率的因素，例如：物質(zhì)和能量的平衡，異源代謝產(chǎn)物對(duì)宿主細(xì)胞生理性能的影響（毒性），異源代謝產(chǎn)物、功能酶、生物途徑及宿主細(xì)胞之間的兼容性等多個(gè)方面。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些優(yōu)化生物合成途徑的策略。

物質(zhì)流分配控制。通過(guò)調(diào)控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)基因的表達(dá)來(lái)控制目標(biāo)化合物在物質(zhì)流供給網(wǎng)絡(luò)中的分配比例。如在青蒿酸工程菌構(gòu)建過(guò)程中，通過(guò)提高生物合成途徑上游基因的表達(dá)來(lái)增加前體供給和抑制分支途徑基因的表達(dá)來(lái)減少底物競(jìng)爭(zhēng)物質(zhì)流控制方案，顯著提高了工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)青蒿酸的能力。

合成途徑的精確控制。通過(guò)建立啟動(dòng)子文庫(kù)來(lái)精確控制基因的表達(dá)量，使合成途徑中各基因協(xié)調(diào)表達(dá)，減少中間代謝產(chǎn)物積累，降低細(xì)胞負(fù)荷，最終提高工程菌株的發(fā)酵生產(chǎn)性能。如利用不同強(qiáng)度的啟動(dòng)子對(duì)脂肪酸合成途徑和異源的樺木酸合成途徑進(jìn)行協(xié)同表達(dá)，發(fā)現(xiàn)工程菌株樺木酸的產(chǎn)量可在?200?倍范圍內(nèi)變化。

合成途徑的動(dòng)態(tài)控制。微生物合成途徑優(yōu)化中極為重要的一環(huán)是對(duì)途徑中各代謝物進(jìn)行動(dòng)態(tài)定量和監(jiān)測(cè)。依靠對(duì)目標(biāo)代謝物的特異敏感性，生物傳感器（biosensor）可將代謝物的變化信息通過(guò)多種信號(hào)實(shí)時(shí)輸出，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和反饋。基于此特性，生物傳感器可以應(yīng)用于構(gòu)建動(dòng)態(tài)代謝物調(diào)節(jié)回路，增加目標(biāo)化合物的產(chǎn)量。如，利用可以響應(yīng)丙酰輔酶?A?的生物傳感器監(jiān)測(cè)胞內(nèi)丙酰輔酶?A?的積累，從而反饋下調(diào)乙酰輔酶?A?羧化酶的表達(dá)來(lái)降低細(xì)胞毒性；利用?RNA?微矩陣方法鑒定出的法尼基焦磷酸生物傳感器可用于平衡代謝流，增加紫槐二烯的產(chǎn)量。