細(xì)胞工廠性能提升

細(xì)胞工廠綜合效率的提高受很多因素影響，包括高效的原料利用率、產(chǎn)物的儲存能力、優(yōu)秀的發(fā)酵性能等多個方面。近期科學(xué)家們在亞細(xì)胞區(qū)室利用、產(chǎn)物儲存、酶載體和菌株抗污染等方面發(fā)展了新的策略。

細(xì)胞器空間的充分利用。細(xì)胞中的線粒體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器能為生物反應(yīng)提供催化環(huán)境。例如，利用導(dǎo)肽將法尼基焦磷酸合酶和瓦倫烯合酶定位到酵母細(xì)胞器線粒體中，可以增加工程菌天然香精瓦倫烯的合成；通過將嗎啡生物合成途徑中相關(guān)酶的?C?端錨定至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，可以增加嗎啡的生成率。

細(xì)胞膜工程。植物天然產(chǎn)物中有相當(dāng)部分是疏水化合物，它們一般會滯留在細(xì)胞中，但由于細(xì)胞空間有限，從而影響目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的科學(xué)家近期研究了大腸桿菌細(xì)胞膜改造對提高萜類化合物合成能力的影響。研究結(jié)果顯示，調(diào)控與細(xì)胞膜合成相關(guān)基因，能使細(xì)胞的膜量增加并向內(nèi)堆積，從而顯著提高用于存儲?β-?胡蘿卜素的空間，增加了工程菌中?β-?胡蘿卜素產(chǎn)量。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)工程。為功能酶提供更多的催化場地是近期發(fā)展的一種新方法，如通過敲除釀酒酵母的?PHA1?基因來提高酵母中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的含量，極大地增大了定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的細(xì)胞色素?P450?酶的附著空間，提高了酶的含量和催化產(chǎn)物的產(chǎn)量。

非典型營養(yǎng)物質(zhì)利用。在工程菌大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)過程中，雜菌的污染較常見，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。Novogy?公司和美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家首先改造釀酒酵母、解脂耶氏酵母和大腸桿菌等微生物營養(yǎng)元素的利用途徑，通過在發(fā)酵過程中使用雜菌不能利用的營養(yǎng)元素建立發(fā)酵工藝，能顯著提高工程微生物細(xì)胞的抗污染能力。