近日，我校生命科学与技术学院、化工资源有效利用国家重点实验室袁其朋教授与孙新晓副教授合作在国际著名期刊《Nature Communications》发表题为“Targeting metabolic driving and intermediate influx in lysine catabolism for high-level glutarate production”的研究论文，首次利用大肠杆菌中赖氨酸的天然分解代谢机制进行戊二酸的生物合成，这项工作证明了代谢驱动对重新定向碳通量的能力以及转运蛋白对减少中间体积累的作用。
二元羧酸是制造聚酯和聚酰胺的重要结构单元。由于对石油供应和环境保护的关注，人们越来越关注开发合成这些化学品的绿色可持续途径，生物合成是一种很有前景的选择。戊二酸是一种有吸引力的聚酯和聚酰胺的C5结构单元，其在脂肪族二羧酸中的最低熔点可赋予所得聚合物独特的性能。然而，其在大肠杆菌中尚未实现其有效生产。研究人员使用大肠杆菌天然赖氨酸分解代谢机制进行戊二酸的生物合成。该途径只含有内源基因，并且通过：1)补充谷氨酸和NAD(P)H提高前体赖氨酸的生物合成；2)解除赖氨酸反馈抑制；3) 促进草酰乙酸供应产生了强大的代谢驱动力，使碳通量最大化的通向戊二酸的生物合成。该研究还使用天然转运蛋白克服了戊二胺和5-氨基戊酸的细胞外积累。通过这些努力，在补料分批条件下实现了戊二酸的高滴度(54.5 g L-1)和高产率(0.54 mol mol -1葡萄糖)生产。该研究为其他长途径的代谢工程提供了一种方便有效的策略。
论文第一作者为北京化工大学生命科学与技术学院博士研究生李文娜，通讯作者为袁其朋教授和孙新晓副教授。
图 大肠杆菌中赖氨酸天然合成与降解途径示意图
附袁其朋老师简介：
袁其朋教授，教育部“长江学者”特聘教授，长期从事植物天然活性成分分离、生物合成等领域的研究工作，在“植物天然活性成分提取装备、分离介质及工艺、前体物酶转化新方法、合成天然产物高效细胞工厂构建”等方向取得了重要成果，为发展我国健康产业做出了重要贡献。获授权发明专利50 余件，获国家科技进步二等奖1 项、省部级特等奖1 项、一等奖2 项、二等奖2 项；SCI 他引5000余次，H 因子42。