北京时间2022年3月23日，《Nature Communications》在线刊登了我校生命科学与技术学院袁其朋、孙新晓教授的最新研究成果”Design of stable and self-regulated microbial consortia for chemical synthesis”的研究论文。该文提出了多代谢物互利共生结合生物传感（静态+动态）的设计思路，建立了稳定自调控的共培养体系，探索了细胞群体间物质交流的规律，为复杂化学品的高效合成及工业放大提供了平台。
微生物共培养体系具有劳动分工减轻负担、模块化构建便于优化等优点，但目前还存在体系稳定性差、自主调控能力缺乏、工业放大难等问题。为了建立稳定共培养体系，该研究提出了多代谢物互利共生的设计思路，加强了微生物群体之间的关联性，并提出了相关分支途径的选择标准，即代谢物的多样性、对生长的重要性及可跨膜转移性。基于上述标准，选择能量代谢和氨基酸合成代谢两种关键细胞功能进行调控，建立了细胞间密切的物质交流关系。由此构建的大肠杆菌共培养体系表现出优良的稳定性，连续传代10天菌群比例及产物产量保持稳定。
为了实现菌群比例的自调节，该研究提出了通过代谢物响应型生物传感器实现种群控制的解决思路。缺乏具有响应特异性和合适动态范围的生物传感器是实施该策略的主要障碍。为此，鉴定表征了响应中间体咖啡酸的生物传感器，将其集成到共培养系统中，实现菌群比例的自主调节，产物松柏醇产量提高2倍。将静态-动态相结合的设计策略拓展至三菌株共培养，实现了水飞蓟宾的生物合成。本研究不仅为复杂化学品高效合成提供了技术平台，而且对于研究天然微生物菌群复杂的物质和信息交流提供了人工模型。
图1 稳定自调控共培养体系的设计及应用
北京化工大学生命科学与技术学院袁其朋和孙新晓教授为本文的共同通讯作者，博士研究生李向来为本文第一作者，北京化工大学为论文第一完成单位。本研究工作得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29215-6