化合物代谢新途径构建及微生物糖代谢网络改造的-北京化工大学学报.pdf

第45卷 第5期 北京化工大学学报(自然科学版) Vol.45,No.5 2018年 Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science) 2018 化合物代谢新途径构建及微生物糖代谢网络 改造的研究进展 * 程摇 瑶摇 赵千婧摇 王摇 佳摇 孙新晓摇 申晓林 摇 袁其朋 (北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室,北京摇 100029) 摘摇 要:随着环境的恶化和化石能源的萎缩,以石油为原料通过化学方法合成化合物的生产受到了极大的抑制,代 谢工程的出现为这些石油衍生物的生产提供了一种极具前景的选择。 现阶段代谢工程主要通过代谢工程及合成 生物学方法对工业微生物的天然代谢途径进行理性改造,然而在利用代谢工程生产这些化合物时仍然普遍存在一 些问题,一些天然或非天然的化合物的生产受到限制。 本文主要介绍本课题组针对目前微生物代谢工程生产中普 遍存在的问题所采取的解决方案,以及关于生物合成芳香族化合物、改造微生物自身糖代谢网络和提高原子经济 性的必威体育精装版研究进展,以期为相关研究提供参考和方向。 关键词:代谢工程;芳香族化合物;糖代谢网络;原子经济性 中图分类号:Q812摇 摇 DOI:10.13543/ j.bhxbzr.2018.05.010 物新的合成途径,来弥补代谢通路中关键酶的缺 引言 乏和非天然化合物代谢通路的缺失;通过改造微 近年来,随着环保要求的提高和化石能源的减 生物自身的糖代谢网络来保证在维持微生物基本 少,一些以石油为原料通过化学方法合成的化合物 生长的同时使碳流最大限度流向目标产物,提高 的生产受到了极大抑制,而低成本低功耗的代谢工 代谢通路中的原子经济性。 程为这些石油衍生物或化合物的生产提供了一种极 1摇 酶已知但代谢途径未知的化合物生 具前景的选择。 现阶段的代谢工程主要通过分子生 物合成 物学手段将工业微生物的天然代谢途径进行理性改 造,从而实现由简单前体化合物如葡萄糖、甘油等 1郾1摇 熊果苷的生物合成 可再生生物质资源到生物燃料或复杂天然大分子 熊果苷是一种存在于植物中的对羟基苯酚糖苷 化合物的合成,同时满足了环境友好和低成本生 类化合物,具有美白、抗氧化、消炎、抗菌等生物活 产的要求。 然而目前通过代谢工程生产这些化合 性,被广泛应用于化妆品及医学领域,是一种具有高 物时普遍存在一些问题:一些天然化合物的代谢 附加值的天然化合物[1-3]。 但是,目前熊果苷的生 路径中的部分关键酶缺乏;一些天然化合物的天 产方法主要集中于植物提取或酶催化法,这两种方 然代谢通路未知;一些非天然化合物没有微生物 法都面临工艺成本高且收率较低的问题。 Shen [4] 代谢路径;已有代谢路径中的原子经济性不高,目 等 通过合成生物学“由下而上冶的设计理念,在大 的产物产率低。 针对这类共性问题,本课题组深 肠杆菌中设计了一条可以生产熊果苷的外源代谢途 入研究相关石油衍生品或化合物生物合成途径中 径;利用大肠杆菌中存在的可以生产对羟基苯甲酸 关键酶的催化机理,分析目的化合物的结构相似 的天然途径,通过在KEGG、BRENDA等酶学数据库 性,并通