中國網/中國發展門戶網訊 基因工程技術的出現使得人類不再受限于自然變異和篩選，通過有目的的基因組改造可以大幅度地提升菌株的生產性能。例如，通過對代謝網絡中酶基因的引入、敲除或精細調控可以創造新的細胞，將廉價的原料轉化為有價值的目標產品。這正是目前代謝工程和合成生物學研究的主要內容。從原料到產品的生物轉化途徑常常包括幾十步的酶反應，目前常用的代謝工程改造策略主要就是過表達和優化產物合成途徑中的關鍵酶、敲除副產物生成途徑、解除產物合成抑制等。通過這種傳統的代謝工程改造策略，人們已經獲得大量工程菌株應用于生物化學品（如氨基酸、有機酸、維生素、抗生素）、生物燃料（如乙醇）、生物材料（如聚羥基脂肪酸酯、聚乳酸等）的生產，以可再生的原料和綠色的生產方式，推動人類工業經濟發展進入一個新的階段。

代謝工程研究遇到的主要瓶頸就是細胞代謝網絡的復雜性。自然存在的細胞是長期進化的結果，常包括上千個酶基因并具有復雜的調控機制，僅僅對原料到產品合成途徑上的少數基因進行改造很多時候并不能達到預期的結果。隨著基因組測序技術的快速發展，完成全基因組測序的生物越來越多；通過基因組注釋信息可以快速確定其基因組能夠編碼哪些酶、進行哪些反應，由此構建出該生物的代謝網絡模型。這些基因組規模代謝網絡模型和長期積累形成的跨物種代謝反應數據庫，如?KEGG?和?MetaCyc?等為代謝網絡計算模擬和設計奠定了基礎，為合成生物學和代謝工程提供了新的策略，從而大幅度加快了菌種定向開發和工業化應用進程。

相關文章