理性设计构建合成能量系统双引擎助力细胞工厂

细胞在生长过程中需要合成生物大分子、构建碳骨架，这些过程都消耗能量，且常常需要克服底物和生物量之间的还原度差异。对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞往往需要额外的还原力和能量来合成这些化合物。而这无疑需要对细胞的代谢网络进行重构，因细胞获取能量和还原力、合成大分子和构建碳骨架的目的是为自身生长，而不是产品合成。那么，是否有可能从头构建一个合成的能量系统，其是否可以取代内源的能量系统为细胞供应能量支撑生长？其是否能为化学品合成提供额外的能量和还原力？

2022年10月27日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所于涛实验室与查尔姆斯理工大学Jens Nielsen实验室合作，在《Nature Metabolism》上在线发表了题为“Metabolic reconfiguration enable synthetic reductive metabolism in yeast”的研究论文。

研究团队通过理性设计，组合磷酸戊糖循环、转氢循环和外部呼吸链三个模块，在酵母细胞内构建了一个合成能量系统，其可以支持细胞生长和高还原性化合物的生产，并实现40%的自由脂肪酸产率，为酵母内现有研究的最高水平。

研究构建了一个合成的能量系统，可以为细胞供给额外的能量和还原力，经过实验验证，该系统可替代原有的TCA循环，可支持高还原度化学品的生产，也可与其他途径合作高效生产以乙酰辅酶A为前体的化学品。这是第一个通过理性设计构建的合成能量系统，这项研究揭示了细胞能量代谢网络的可塑性：尽管经过了几百万年的进化，细胞的能量代谢网络依然可以重构。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s42255-022-00654-1

转自：“中国生物技术网”微信公众号

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