代谢工程的原理及其应用.pdfVIP

专■敝 代谢工程的曩建聂应用 张惠展昊海珍孙丽萍 【华东理工大学生物工程学院．上海200237) ■要 代谢-r-程(MetabolicEngineering)．吓称连径I程(PathwayEngineering)和 代谢设计(MetaboLic Design)，是一门利用分子生物学原理系统分析细胞代谢网络、 并通过DNA重蛆技术台理设计细胞代谢选径噩遗传修饰，进而完成细胞特性改造的 厘用性学科．鍪于它涉及到多基因的联合协同表达控制机制，与传统的蛋白多肽单 基因表速(第一代基因工程)以及基因定向突变(第二代基因工程)已有显著区剐， 故作者将之看作为第二代基因工程。本文列举部分代谢工程的应用实例，并对代谢 工程的若干应用战略进行了概括性总结。 美t词 代谢工程，第三_蟮因工程，应用战略 l■论 牛命的代谢活动足通过活细胞剌细胞群的代谢网络进行的，后者南一系列酶催化的级联化 学反麻以及特异性的膜转移系统所构成。然而，活细胞这种自身同有的代谢网络相对实际应用 而言其遗传特性并非壤住的，这就需要对细胞的代谢选释进行功利性的修饰…。代谢T程的基 本弹论及其J母用战略就是存这一发展背景下形成的。1974年．Chakrabar一”在假单孢黹P puKde 取lPaer”ginosa中分别引入几个稳定的重组质特．增加了两者射樟脑和荣的降解催化活性，这 是代谢工程的第一个应用实例．标志着代谢jr捍作为一门学科的诞牛。 二十多年来，随着DNA重绢技术的日趋成熟．代谢上稃的珲论剌J避用也得到了迅速发展。 表1列举丁近几年来代酣_[棵概念的演变过挥。 名称 定义 参考土献 逢衽丁=程f微生物1 利用DNA重组技术饪饰各种代谢选辑(包括生物体非同自MacQuiltv．1988 的代谵逢释)，提高特定代谢物的≯量 代谢丁程 利用11NA重组技术优化细胞的酶活、运输和调控功能，提Bailey．1991… 高细胞河力 代谢途径工程 生化途径的修饰、设计与柯建 Tong“al，1991… 代谢工程 利用DNA重组技术对代谢进}亍闩的性惨饰 Cameron，1993… _j鲁棒工程，代谢设计 改j矗细胞代谢造径．提岛天然最终产物产量或台成新产物(包Piepemerg，1994… 括中间产韵或恬饰型最终产物) 代谢工程 对生化反麻的代谢同络进抒目的牲恬饰 雠 y 1994。” 代谢工界 为选到所需目标对括细胞的代谢途径进行佳妊 w n 1996… 代谢工程 利用分子牛物学原理系统分析代谢途簪．战计合理的遗传修 ‰№慨i 999H 饰战略从而优化细胞生物学特性 中■寿■生■垃木擎术膏甘奎(2帅D．石ItS)论立童 专■论文 代谢-[程发展早期，人们注重的是应用过程中来用的方法丑所达到的目的，通常是对特定 的代谢途径进行改造，因此当时的代谢工程是多个麻用实例的堆积，尚未形成自己的基本珲论 aScience ofMetabolic 体系。1991年，Bailey在(ScienceS,上麓表的题为“Toward