輔因子自平衡的全細胞催化劑設計取得進展

2021-01-16 中科院之聲

微生物細胞工廠高效生產化學品是先進生物製造的重要手段。目標產物的合成途徑可能涉及多個輔因子或共底物，輔因子供應不足和輔因子不平衡等問題常常成為高效生物合成的重要瓶頸。針對該問題，中國科學院微生物研究所陶勇研究組通過設計輔因子自平衡的系統，將合成途徑中所需的多個輔因子進行同時再生循環，實現合成系統中輔因子的自平衡，促進產物的高效合成，並在苯乙醇生物合成中得到成功應用。

從苯丙酮酸合成苯乙醇的代謝途徑需要共底物α-酮戊二酸(2-oxoglutarate)和還原力 (NAD(P)H)的參與，α-酮戊二酸的供應不足和還原力平衡問題是限制苯乙醇產量進一步提高的重要瓶頸。針對輔因子供應和循環問題，該研究以大腸桿菌為底盤，通過在合成系統中利用穀氨酸脫氫酶設計一個「橋梁」，構建輔因子自平衡的細胞工廠，無需外源添加任何輔因子，細胞催化效率提高近4倍，實現了苯丙氨酸高效轉化生成具有玫瑰香的苯乙醇。

該研究通過進一步移除合成系統中的氨，催化系統能以苯丙酮酸為唯一底物該效合成苯乙醇，同時只有水和CO2作為副產物，從而建立了一個高效、乾淨的生物催化系統。該輔因子自平衡系統對胺基酸到相應的醇的合成具有普遍的適用性。本研究提供了一種解決輔因子/還原力不平衡的新途徑，並展示了輔因子自平衡系統促進化學品合成的廣泛適用性。

該研究成果發表在Metabolic Engineering期刊上。陶勇課題組博士生王鵬超為文章的第一作者，陶勇、微生物所副研究員林白雪、福建師範大學教授黃建忠為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、「973」項目和中國科學院/國家外國專家局「創新團隊國際合作夥伴計劃」的資助。


輔因子和還原力自平衡的系統


輔因子自平衡系統提高產物合成效率


來源：中國科學院微生物研究所



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