張俊哲,張 全,劉自勇,3,馬小清,劉立成,3,李福利,3

(1.中國科學(xué)院 青島生物能源與過程研究所,山東 青島 266101;2.中國石化大連(撫順)石油化工研究院,遼寧 大連 116045;3.山東能源研究院,山東 青島 266101)

合成生物學(xué)是如今比較熱門的生物科學(xué)的分支學(xué)科,主要是通過制造與組裝生物功能元件、裝置和系統(tǒng),從而設(shè)計、改造細胞與生命體,使其獲得符合人類需求的生物學(xué)功能,甚至實現(xiàn)創(chuàng)造全新的生命系統(tǒng)這一目標(biāo)的學(xué)科[1]。合成生物學(xué)的分支合成代謝工程著眼于構(gòu)建“自然界中不存在的生化系統(tǒng)”,它引入工程學(xué)理念,利用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的基因、酶等生物元件,重構(gòu)細胞的代謝通路,從而高效地生產(chǎn)符合人類需求的代謝產(chǎn)物[2-3]。目前,合成生物學(xué)已取得豐碩的成果,如,稀有人參皂苷[4]、青蒿素[5]、番茄紅素[6]的生物合成等。但是也應(yīng)看到,合成代謝工程有時會面臨著一些難題,例如,代謝通量不高、中間產(chǎn)物對細胞有毒性、存在內(nèi)源性代謝的串?dāng)_和副反應(yīng)等,無法預(yù)測性能,這些可能會阻礙其生產(chǎn)過程[7]。

在真核細胞中,由于細胞內(nèi)復(fù)雜的內(nèi)膜系統(tǒng)的存在,胞內(nèi)空間被區(qū)域化與功能化,這使得相互區(qū)別的代謝反應(yīng)能夠同時進行,而不會發(fā)生串?dāng)_,使細胞能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的生理功能。近些年來,在原核細胞中也發(fā)現(xiàn)了一些功能上類似于真核生物細胞器的結(jié)構(gòu)——細菌微室 (bacterial microcompartments,BMCs) 便是其中之一。這是一種多面體形細胞器,由半透性的蛋白質(zhì)外殼包裹著酶核心構(gòu)成。在功能上,細菌微室外殼包封著核心酶與周圍細胞質(zhì)分離,可以保護細胞免受毒性代謝中間體的侵害,還可增大局部反應(yīng)物濃度,防止副反應(yīng)的發(fā)生,提高多步驟反應(yīng)的反應(yīng)通量。細菌微室在原核生物中的存在相當(dāng)普遍,通過生物信息學(xué)比對,目前在19個細菌門類里發(fā)現(xiàn)了BMCs編碼基因簇,且BMCs基因簇經(jīng)常發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移。細菌微室的一大特點就是外殼結(jié)構(gòu)保守而功能多樣,既可參與合成代謝,也可參與分解代謝[8]。細菌微室具有多樣化功能,是原核生物代謝工程中重要的工具元件。

1 細菌微室的結(jié)構(gòu)

細菌微室的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分,蛋白質(zhì)外殼與被外殼包裹的酶核心。其中外殼蛋白的結(jié)構(gòu)非常保守,所有細菌微室的外殼都是由3類蛋白BMC-hexmer(BMC-H)、BMC-trimer(BMC-T)和BMC-pentamer(BMC-P)構(gòu)成的。其中BMC-H含有1個Pfam00936結(jié)構(gòu)域,在外殼中以同源六聚體的形式存在,而BMC-T含有2個串聯(lián)的Pfam00936結(jié)構(gòu)域,以三聚體的形式存在。BMC-H六聚體和BMC-T三聚體都是六邊形,共同構(gòu)成了多面體外殼的面的部分[9]。而BMC-P是五聚體,用于形成外殼頂點的部分[10]。外殼蛋白之間結(jié)合緊密,而且這種相互作用保守且通用,若將其中一個外殼蛋白的編碼基因敲除,則該外殼蛋白的位置會被其他外殼蛋白組分所取代,并不會在外殼上形成缺口[11-12]。而在外殼蛋白聚體的中心存在孔道,可供底物與產(chǎn)物進出,外殼蛋白中心孔道對于不同小分子的通透性不同,且具有一定的選擇性,這與細菌微室的功能相適配[13]。同時,在研究BMC-T的晶體結(jié)構(gòu)時觀察到中心孔道存在開啟和關(guān)閉兩種構(gòu)象,這說明外殼蛋白可能存在變構(gòu)機制,用來控制物質(zhì)進出[14]。另外發(fā)現(xiàn)部分外殼蛋白的孔道中結(jié)合有Fe-S簇,推測這些外殼蛋白可能參與電子傳遞[11]。細菌微室及微室外殼蛋白結(jié)構(gòu)示意見圖1[15-17]。

構(gòu)成細菌微室核心的酶通常帶有封裝肽 (encapsulation peptides,EPs),多數(shù)為15～20個氨基酸殘基組成的兩親性α-螺旋,出現(xiàn)在封裝蛋白的N端或C端,并通過一段連接肽與封裝蛋白相連。封裝肽參與細菌微室的組裝,有些封裝肽通過靜電力與疏水作用力與外殼蛋白相結(jié)合[18],而另一些存在更加復(fù)雜的相互作用。研究發(fā)現(xiàn),即使不存在外殼蛋白,封裝肽也可以使封裝蛋白發(fā)生凝聚,并形成具有催化活性的包涵體[19],如果去除封裝蛋白的封裝肽,封裝蛋白就不再定位于細菌微室中[20]。目前對于封裝肽的認(rèn)識還不夠全面,其在細菌微室的組裝過程中發(fā)揮的作用仍未得到完全解析。

2 細菌微室的功能分類

細菌微室的功能十分多樣,可以分為參與合成代謝的羧酶體和參與分解代謝的代謝體兩種類型(圖2)。羧酶體出現(xiàn)于藍細菌和部分化能自養(yǎng)微生物中,羧酶體的核心蛋白主要是碳酸酐酶和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 以及其他輔助蛋白,卡爾文循環(huán)中的CO2固定部分就在其中進行,外殼蛋白的存在可以提供一個高CO2濃度的微環(huán)境,減少O2的干擾[21]。

圖1 細菌微室的結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of the structure of BMCs

參與分解代謝的代謝體分布更為廣泛,存在于多個細菌門類中,功能也極為多樣化。盡管不同代謝體的底物和功能各不相同,但均含有一個構(gòu)成基本相同的酶核心。該酶核心由特征酶(signature enzymes)、醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase,AldDH)、醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase,AlcDH)和磷酸轉(zhuǎn)酰基酶(phosphate acyltransferase,PTAC)組成。代謝體的作用模式可以概括為:底物在特征酶的作用下,裂解產(chǎn)生醛類;生成的醛經(jīng)由醛脫氫酶和醇脫氫酶作用發(fā)生歧化,產(chǎn)生對應(yīng)的醇和?；?輔酶A;而?；?輔酶A又在PTAC的作用下,生成酰基磷酸,產(chǎn)生的醇與?；姿釙x開代謝體,為細胞提供能量與碳源[8]。代謝體的外殼對代謝中間產(chǎn)物有著很好的包裝能力,只有很少量的醛類從代謝體中逸出,遠低于毒性濃度[11]。

特征酶是一系列具有底物特異性和反應(yīng)特異性的醛生成酶,因為決定著代謝體的功能,故被稱為特征酶。發(fā)現(xiàn)最早的一類特征酶是輔酶B12依賴的裂解酶,它含有多個亞基,需要腺苷鈷胺素作輔因子,這類酶以1,2-丙二醇或乙醇胺為底物,可以將1,2-丙二醇脫水形成丙醛或?qū)⒁掖及妨呀庑纬梢胰┖桶?。由于這類裂解酶很容易由于副反應(yīng)而失活,以及輔酶B12的稀缺性,擁有這類特征酶的代謝體還含有特征酶復(fù)活酶和輔酶B12合成酶[22]。另一大類特征酶屬于甘氨酰自由基酶 (glycyl radical enzymes,GREs),它不需要輔酶B12作為輔因子,而是通過甘氨酰自由基 (Gly·) 來催化反應(yīng)的發(fā)生,含有這類特征酶的代謝體也被稱為GRMs(GRE-associated microcompartments,GRMs),這是代謝體中數(shù)量最多的一類[23]。根據(jù)其基因座的結(jié)構(gòu),GRMs又可以分為GRM1～GRM5等5種類型。其中,GRM1和GRM2基因座分別編碼Ⅰ型和Ⅱ型膽堿裂解酶,可以將膽堿裂解為乙醛和三甲胺;GRM3和GRM4則編碼1,2-丙二醇脫水酶;而GRM5除了編碼1,2-丙二醇脫水酶外,還編碼1個醛縮酶和1個乳醛還原酶[23]。GRM5參與L-巖藻糖或L-鼠李糖的降解,L-鼠李糖先在胞質(zhì)中轉(zhuǎn)化為L-鼠李酮糖-磷酸 (L-rhamnulose-P),L-鼠李酮糖-磷酸進入GRM5后,在醛縮酶作用下生成(S)-乳醛與磷酸二羥丙酮,后者會離開代謝體,而(S)-乳醛會在乳醛還原酶的作用下,還原為1,2-丙二醇,再在1,2-丙二醇脫水酶作用下,生成丙醛,最終被代謝為丙醇與丙酸,L-巖藻糖的代謝方式與L-鼠李糖的代謝方式一致[24-25]。GREs的甘氨酰自由基是在蛋白翻譯后由GREs特異的激活酶 (AEs) 催化產(chǎn)生的,但具體過程尚未完全闡明。

除了上述得到表征的代謝體類型之外,近年來還通過宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組等手段發(fā)現(xiàn)了不少全新的代謝體類型,不過這些代謝體尚未得到全面的表征,很多只是推測存在功能[26-27]。其中一類新發(fā)現(xiàn)的代謝體稱為糖磷酸利用(sugar-phosphate utilization,SPU)代謝體,在超過20個細菌門類中都發(fā)現(xiàn)其編碼基因座,是分布最廣的BMCs類型之一。這類代謝體基因座中含有2個糖磷酸加工酶基因,可以代謝磷酸脫氧核糖和5′-磷酸核糖,表明這類代謝體的潛在功能是代謝DNA的降解產(chǎn)物,用來回收環(huán)境中核酸碎片的生物質(zhì)[26]。還有一類新發(fā)現(xiàn)的代謝體可能參與芳香類化合物的代謝,被稱為ARO代謝體,其基因座中編碼1個開環(huán)加氧酶,推測可能的底物為2-氨基苯酚。該類代謝體的醛脫氫酶非常特別,在進化樹中單獨聚類,而且其外殼蛋白也很特殊,只包含2種BMC-H和1種BMC-P蛋白,是所有細菌微室中最簡單的[26]。另一類功能未知的BMCs稱為BUF1 (BMCs with unknown function),推測其參與分解代謝,但基因座中不存在特征酶編碼基因[28],近年來通過調(diào)控基因和轉(zhuǎn)運蛋白基因等輔助基因功能分析,推測其可能參與嘌呤(黃嘌呤、次黃嘌呤)的降解[27]。但以上代謝體的功能都是根據(jù)基因座結(jié)構(gòu)分析推測得出,尚待全面地表征。

3 細菌微室的組裝

3.1 羧酶體的組裝

相比于代謝體,羧酶體的組裝研究得較為清晰。羧酶體可分為兩類,α-羧酶體和β-羧酶體,其組裝方式并不相同。β-羧酶體的組裝是先完成核心的組裝,之后再由外殼蛋白進行封裝。而α-羧酶體的核心與外殼的組裝則是同時進行。

β-羧酶體的組裝過程研究得最為清晰(圖3),其組裝由CcmM蛋白引發(fā),CcmM含有C端串聯(lián)排列的3到5個RuBisCO小亞基同源結(jié)構(gòu)域 (small subunit-like domains,SSLDs) 和N端的γ-碳酸酐酶結(jié)構(gòu)域兩部分[29-30](部分羧酶體的CcmM缺失碳酸酐酶結(jié)構(gòu)域,稱為截短CcmM)。SSLDs可代替RuBisCO小亞基摻入RuBisCO中,從而引發(fā)RuBisCO的聚集與沉淀,形成前羧酶體[31](procarboxysomes,PCs)。CcmM的N端碳酸酐酶結(jié)構(gòu)域可與另一個保守的結(jié)構(gòu)蛋白CcmN的N端結(jié)構(gòu)域結(jié)合,而CcmN的C端具有封裝肽,可與外殼蛋白相互作用,從而引發(fā)外殼蛋白的組裝。最后與屬于BMC-P的外殼蛋白CcmL結(jié)合,形成羧酶體多面體形外殼的頂點,從而完成封裝,并實現(xiàn)成熟羧酶體從前羧酶體的出芽[31]。

γ-CA—γ-碳酸酐酶,即CcmM;SSLDs—RuBisCO小亞基同源結(jié)構(gòu)域;CcmN—結(jié)合外殼蛋白的結(jié)構(gòu)蛋白;CcmK2—外殼蛋白BMC-H;CcmO—外殼蛋白BMC-T;CcmL—外殼蛋白BMC-P圖3 β-羧酶體的組裝過程[31]Fig.3 The process of β-carboxysome assembly[31]

α-羧酶體的結(jié)構(gòu)蛋白與β-羧酶體的結(jié)構(gòu)蛋白存在差異,組裝過程也不同。根據(jù)冷凍電鏡的觀察結(jié)果,α-羧酶體的核心與外殼蛋白的組裝同時進行[32]。α-羧酶體的組裝機制目前仍不甚明了,但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由一個保守的固有無序蛋白CsoS2引發(fā)。CsoS2的序列可分為3個區(qū)段:N端、中段、C端,如果C端區(qū)段缺失,則不能形成完整的羧酶體結(jié)構(gòu)[33]。目前推斷3個區(qū)段的功能分別為:N端區(qū)段可招募外殼蛋白CsoS1,提高其局部濃度,引發(fā)其自組裝;中段區(qū)段結(jié)合RuBisCO;C端區(qū)段可結(jié)合外殼蛋白,從而將聚集的酶核心錨定在外殼蛋白上[33-34]。

3.2 代謝體的組裝

由于構(gòu)成代謝體的酶種類較多且復(fù)雜,還有很大的差異性,代謝體的組裝過程目前仍有很多未知之處,其大體框架是封裝肽使得酶聚集,并沉淀形成酶核心,同時封裝肽與外殼蛋白結(jié)合,實現(xiàn)酶核心的封裝。為實現(xiàn)代謝體相較于羧酶體更為復(fù)雜的功能,代謝體的外殼也承擔(dān)著底物選擇、多種酶的結(jié)合、電子傳遞等多樣的職責(zé),因此,代謝體中含有更多種類的外殼蛋白,例如,沙門氏菌的PDU (丙二醇利用)代謝體就含有PduA、PduBB’、PduJ、PduK、PduN、PduT、PduU共7種外殼蛋白[35],這就帶來了不同外殼蛋白如何正確裝配的問題。對于這一問題也有相關(guān)研究,證明了PDU代謝體的外殼的裝配是由PduA和PduJ引發(fā)的,并提出了外殼裝配模型[36](圖4)。PduA和PduJ這兩個外殼蛋白與其他外殼蛋白的一個不同之處是其具有強的自組裝傾向,異源表達PduA或PduJ時,會在宿主細胞中形成空心管狀結(jié)構(gòu),這是由于外殼蛋白之間以一定的夾角相互結(jié)合。正是這種帶有夾角的結(jié)合方式,形成了代謝體多面體結(jié)構(gòu)的棱。而其余外殼蛋白不具有自組裝能力,而是摻雜進由PduA和PduJ自組裝形成的框架中,賦予其豐富的功能,并改變了自組裝結(jié)構(gòu)的形狀,使其不再形成管狀。其他的六邊形外殼蛋白可以與PduA和PduJ平直地結(jié)合,從而形成平面,而屬于BMC-P的PduN會與周圍5個PduA和PduJ結(jié)合,并形成多面體的頂點。棱、平面、頂點這3種局部結(jié)構(gòu),最終會使得多面體形的代謝體結(jié)構(gòu)得以形成。

4 細菌微室的表達調(diào)控

羧酶體參與CO2的固定,對自養(yǎng)微生物的生存至關(guān)重要,因此羧酶體基因在這類微生物中為組成型表達。而代謝體只在相應(yīng)底物存在時才會形成,其基因座受底物誘導(dǎo)表達。細菌微室基因座的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為兩類,一類是單組分的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)系統(tǒng),另一類是雙組分的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)系統(tǒng)[27],結(jié)果見圖5。

圖4 沙門氏菌PDU代謝體外殼的裝配機制模型[36]Fig.4 Model of the assembly mechanism of the PDU metabolosome shell in Salmonella enterica[36]

圖5 BMCs基因座的調(diào)控方式[24]Fig.5 Transcriptional regulation types associated with BMCs loci[24]

單組分的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)系統(tǒng)又可細分為轉(zhuǎn)錄激活因子和轉(zhuǎn)錄抑制因子。這類轉(zhuǎn)錄因子含有1個N端DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和1個C端配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域,配體的結(jié)合會改變轉(zhuǎn)錄因子對DNA的親和力。對轉(zhuǎn)錄激活因子而言,配體結(jié)合會觸發(fā)轉(zhuǎn)錄因子與基因座啟動子的結(jié)合,并招募轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白。目前在BMCs基因座中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄激活因子家族包括PucR、PocR、LysR、AraC/XylS、Crp/Fnr等。而轉(zhuǎn)錄抑制因子與配體結(jié)合后會與啟動子分離,解除轉(zhuǎn)錄抑制,從而起始轉(zhuǎn)錄過程。在BMCs基因座中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄抑制因子家族包括DeoR、TetR和GntR。轉(zhuǎn)錄因子的配體通常為代謝體的底物,例如,丙二醇利用微室的調(diào)控基因pocR可以被1,2-丙二醇特異性地激活[37],而乙醇胺利用(ethanolamine utilization,EUT)微室的調(diào)控基因eutR可以被乙醇胺激活[38]。

而雙組分的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子包括兩部分:受體組氨酸激酶和應(yīng)答調(diào)控因子。受體組氨酸激酶可以具有跨膜結(jié)構(gòu)域,定位于細胞膜上,在胞外側(cè)有1個配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域,而胞質(zhì)側(cè)有1個激酶結(jié)構(gòu)域。當(dāng)結(jié)合配體(代謝底物)后,會在1個保守的組氨酸殘基上發(fā)生自磷酸化,隨后該磷酸基會轉(zhuǎn)移至應(yīng)答調(diào)控因子的保守天冬氨酸殘基上,而被磷酸化的應(yīng)答調(diào)控因子會激活BMC基因座的轉(zhuǎn)錄。而大部分受體組氨酸激酶并不具有跨膜結(jié)構(gòu)域,這類受體組氨酸激酶定位于胞質(zhì)中,結(jié)合由轉(zhuǎn)運蛋白運送到胞質(zhì)中的配體。

5 細菌微室在合成生物學(xué)中的應(yīng)用

5.1 細菌微室直接作為代謝元件

由于細菌微室的保守性以及在自然界中經(jīng)常發(fā)生基因簇的水平轉(zhuǎn)移,因此細菌微室很適合作為通用的即插即用的代謝元件。此技術(shù)已有不少成功先例,例如,將弗氏檸檬酸桿菌(Citrobacterfreundii)的pdu基因座在大腸桿菌中表達,可以使得大腸桿菌具有利用1,2-丙二醇的能力[39]。同樣的,羧酶體也可以異源表達,例如,將可化能自養(yǎng)的那不勒斯嗜鹽桿菌(Halothiobacillusneapolitanus)的羧酶體基因座在大腸桿菌中表達,可以在大腸桿菌中產(chǎn)生與羧酶體非常相似的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在體外實驗中表現(xiàn)出了固定CO2的活性[40]。此外,不只是原核生物,羧酶體還可以在真核細胞中表達。將藍細菌的β-羧酶體基因座導(dǎo)入煙草的葉綠體中,可以在葉綠體中觀察到類似羧酶體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。將宿主原有RuBisCO敲除后發(fā)現(xiàn),導(dǎo)入了β-羧酶體基因座的煙草依舊可以生長,并且比野生型具有更高的CO2固定效率,表明在葉綠體中異源表達的羧酶體能夠正常發(fā)揮功能,相比原本的RuBisCO效率更高[41]。

5.2 細菌微室的外殼蛋白改造

由于細菌微室的外殼蛋白高度保守,且外殼蛋白間的相互作用是通用的,因此異源的細菌微室外殼蛋白可以用于構(gòu)建功能正常細菌微室。例如,將沙門氏菌的PDU微室外殼蛋白PduA替換為EUT微室外殼蛋白EutM,嵌合體微室不僅結(jié)構(gòu)正常,以1,2-丙二醇為碳源時,菌株的生長速率還有了明顯提升[42]。不同外殼蛋白對可通過的小分子選擇性存在差異的原因,是由于外殼蛋白孔道的大小和電荷情況不同,因此可以通過對孔道周圍的氨基酸殘基進行突變,調(diào)節(jié)外殼蛋白的通透性,從而調(diào)節(jié)細菌微室的性能[42]。還可以通過類似的手段,賦予外殼蛋白全新的功能,例如,將一種BMC-T外殼蛋白設(shè)計成在其孔中結(jié)合具有氧化還原活性4Fe-4S簇,該簇通過氧化還原循環(huán)保持穩(wěn)定,并使得該外殼蛋白表現(xiàn)出類似于低電位細菌鐵氧還蛋白的特性[43]。

5.3 人工構(gòu)建新型細菌微室

人工構(gòu)建新型細菌微室的工作也在深入進行中。在前期的概念驗證實驗中,將綠色熒光蛋白(GFP)與細菌微室核心酶的封裝肽融合,可以在宿主菌中觀察到點狀的熒光,證明GFP被成功導(dǎo)入細菌微室內(nèi)[44]。利用相同的原理,在大腸桿菌中表達來源于弗氏檸檬酸桿菌的PDU微室外殼蛋白以及連接有封裝肽的來源于運動發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis)的丙酮酸脫羧酶(pdc)和醇脫氫酶(adh)基因,可以將兩種酶封裝入細菌微室中,從而構(gòu)建出能夠合成乙醇的人造細菌微室,并且乙醇合成活性相比于游離酶的合成活性更高[45]。與之類似,將人工構(gòu)建的融合有封裝肽序列的多磷酸鹽激酶(ppk1)基因與編碼細菌微室外殼蛋白的操縱子在大腸桿菌中共表達,可以在細菌微室中大量積累多磷酸鹽,同時不對細菌生長造成太大影響,這表明細菌微室具有作為胞內(nèi)毒分子儲蓄池的潛力[46]。由于封裝肽與外殼蛋白的互作機制尚不明確,也可以利用原理更加清晰、可控性更好的蛋白質(zhì)組裝SpyTag-SpyCatcher系統(tǒng)將外源蛋白導(dǎo)入細菌微室中?？梢栽谕鈿さ鞍咨先诤媳磉_SpyCatcher蛋白,而在外源蛋白上連接SpyTag序列,SpyCatcher蛋白會識別SpyTag序列,并且兩者之間會在特定的氨基酸殘基上通過側(cè)鏈形成酰胺鍵,從而將外源蛋白共價連接在外殼蛋白上[47-48]。細菌微室外殼蛋白的半滲透性可以對氣體起效,理論上可以利用其解決產(chǎn)酸梭菌利用合成氣發(fā)酵時胞內(nèi)CO供應(yīng)不足的問題[49-50]。由于細菌微室具有提高局部反應(yīng)物濃度以及減少有毒代謝中間產(chǎn)物擴散的特性,同時還可以通過是否添加誘導(dǎo)物來啟停相關(guān)基因的表達,因此,以細菌微室為基礎(chǔ)構(gòu)建的生物反應(yīng)器可以具有高效率以及高靈活性的特點,有著巨大的應(yīng)用潛力[51]。

6 結(jié)語

細菌微室在自養(yǎng)生物的CO2固定和異養(yǎng)生物的有機底物分解代謝中有著至關(guān)重要的作用,這類細胞器提升了細菌的代謝多樣性,并為細菌提供在特定的生境中的競爭優(yōu)勢。在過去十多年中,對細菌微室結(jié)構(gòu)與功能方面的研究取得了較大進展,這不僅加深了對細菌微室生理功能的認(rèn)識,還使得將其應(yīng)用于合成生物學(xué)成為可能。而細菌微室展現(xiàn)出強大的可操作性,使得其在合成生物學(xué)中的應(yīng)用具有廣闊的前景與巨大的潛在價值。