Metabolic engineering of Escherichia coli to enhance L-serine biosynthesis
本研究通过系统性地改造亲本菌株 H5，以缺失回摄基因并优化生物合成、转运及辅因子模块，从而提升了埃希氏大肠杆菌工业化 L-丝氨酸的生产，最终通过菌株 H8-abc 和培养基优化，实现了产量 71.84% 的提升，达到 0.48 g/g。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在细菌的微观世界里，生命是一场关于摄取食物并将其转化为生长所需建筑模块的持续平衡。其中一种建筑模块就是 L-丝氨酸，这种分子虽然对人类生存并非必需，却是从食品添加剂、动物饲料到药物和化妆品等各种领域的关键成分。几十年来，科学家们一直试图诱导像大肠杆菌（Escherichia coli）这样的细菌大量生产这种分子。挑战在于两个方面：一是让细菌产生足够数量的该分子，二是确保该过程高效到具备经济可行性。这里的“效率”是指细菌摄取的糖分中有多少实际上被转化成了目标产物，而不是被浪费或转化为其他物质。如果一个工厂将一吨原材料仅转化为少量的产品，其成本就会过高而无法广泛使用。目标是重构细菌的内部机制，使其尽可能将能量投入到创造 L-丝氨酸中，同时防止它们消耗掉刚刚制造出的产物，或因产物堆积而过载。
来自中国江南大学和四川大学的研究团队着手解决这一问题，他们将细菌细胞视为一个需要更好蓝图的复杂工厂。他们从一种已经具备合成 L-丝氨酸能力的工程大肠杆菌菌株开始，但他们知道其潜力远未挖掘。他们的第一步是阻止细菌回收产品。正如工厂可能会不小心将成品重新拉回组装线进行拆解一样，这些细菌有一种重新吸收它们分泌出的 L-丝氨酸并将其用于其他用途的习惯。科学家们使用一种精确的基因编辑工具，切除了负责这种再吸收的特定基因。这创造出了一种新的菌株，它能让更多的 L-丝氨酸保留在细胞外，从而增加了收获量。然而，仅仅停止浪费是不够的，他们还需要提升生产线本身。
研究人员随后向细菌引入了一套新的指令，从另一种细菌——谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）中借用了一个高效的生产模块。这个外源模块就像一个更强大的引擎，负责将起始原料转化为 L-丝氨酸。当他们将这个新引擎与不再回收产品的菌株结合时，细菌产生的 L-丝氨酸显著增加，转化率也得到了大幅提升。他们还尝试通过增加额外的运输通道来帮助细菌更快地输出产品，类似于为工厂增设更多的装卸货台，并尝试调整内部化学平衡，以确保机器拥有正确的燃料。有趣的是，他们发现一次性加入过多的改进措施反而会减慢细菌的速度，这表明细胞的内部平衡是微妙的，过度负荷的改变可能会适得其反。
在测试了各种组合后，团队确定了一种表现最佳的特定菌株。随后，他们对细菌生长的液体环境进行了精细调节，通过调整维生素和其他营养物质的含量，创造出完美的生产条件。在最终测试中，这种优化后的菌株每升液体可产生 7.20 克 L-丝氨酸，每消耗 1 克糖可转化出 0.48 克产物。这代表其效率比初始菌株提高了近 72%。这项研究表明，通过仔细编辑细菌基因以减少浪费、借鉴其他物种的优良机制，并找到合适的营养平衡，科学家可以创造出一个更高效的系统来生产这种重要的工业化学品。这项工作为开发能够以具有成本效益且可持续的方式满足全球日益增长的 L-丝氨酸需求之细菌菌株，提供了一条清晰的路线图。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。