利用合成生物學(xué)構(gòu)建細(xì)胞工廠能夠?qū)崿F(xiàn)重要化學(xué)品和生物能源的高效制造，是解決目前人類面臨資源、能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。然而，生物合成往往與微生物細(xì)胞生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)資源，如何精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物合成是構(gòu)建高效菌株的核心問(wèn)題之一。設(shè)計(jì)一種普適性高且魯棒性好的細(xì)胞生長(zhǎng)和生物合成平衡策略是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。

江南大學(xué)承擔(dān)的“合成生物學(xué)”重點(diǎn)專項(xiàng)“高版本模式微生物底盤細(xì)胞”，針對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控方法適用范圍局限并且易受胞內(nèi)代謝物干擾的問(wèn)題，引入了基于密碼子擴(kuò)展的正交翻譯系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了代謝流調(diào)控和細(xì)胞生長(zhǎng)關(guān)鍵酶中非天然氨基酸(ncAA)的插入，并通過(guò)“精確滴定”非天然氨基酸能夠“精準(zhǔn)控制”代謝流量和細(xì)胞生長(zhǎng)。研究人員首先在基因組重編碼的大腸桿菌中進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)合模型預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，N-乙酰氨基葡萄糖產(chǎn)量提高4.5倍。在枯草芽孢桿菌中，結(jié)合理性設(shè)計(jì)與非理性篩選，研究人員成功構(gòu)建了ncAA（O-甲基酪氨酸）高效利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)約80倍的基因表達(dá)水平激活。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)滴定ncAA精確控制燕窩酸（N-乙酰神經(jīng)氨酸）合成底盤細(xì)胞的最大比生長(zhǎng)速率，實(shí)現(xiàn)了3L發(fā)酵罐中燕窩酸產(chǎn)量3倍的提升，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了重組枯草芽孢桿菌底盤細(xì)胞的“生物封存”(避免重組菌逃逸至自然環(huán)境中繁殖)。

該研究為生長(zhǎng)與代謝精準(zhǔn)可控高版本底盤細(xì)胞創(chuàng)建提供了新策略，研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。（摘自科技部網(wǎng)站http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/202110/t20211021_177410.html）