物理科技生物学-PHYICA

通过反向生物合成扩大生物合成藤原なお子途径

化学 2022-06-22 00:02:09

由韩国高级科学技术研究所 在大肠杆菌中构建的生物合成反应

用于体内生产12种短链氯化石蜡的大肠杆菌

这12个短链氯化石蜡是由缬氨酸脱羧酶在体外产生的(虚线框)

每个虚线框中显示的胺和羧基分别用黄色和绿色圆圈表示

易发生化学转化的反应中心碳原子标有星号

糖酵解显示为红色背景,这导致12种氨基酸前体的生物合成

多个反应用两个或多个箭头表示

学分:韩国高级科学技术学院 凯思特代谢工程师首次展示了多种短链伯胺的生物基生产,这些伯胺在化学工业中有广泛的应用

该研究小组由化学与生物分子工程系的著名教授桑又利领导,通过结合反向生物合成和前体选择步骤,设计了短链伯胺的新生物合成途径

研究小组证实了新设计的途径,通过提供前体证实了10种短链伯胺的体内生产

此外,平台大肠杆菌菌株被代谢工程化,以从葡萄糖生产三种概念验证的短链伯胺,证明了从可再生资源以生物为基础生产各种短链伯胺的可能性

研究小组表示,这项研究拓展了系统设计生物合成途径的策略,以生产一组相关的化学物质,如多个短链伯胺为例

目前,我们日常生活中使用的大多数工业化学品都是由石油基产品生产的

然而,石油工业有几个严重的问题,例如化石燃料储备的枯竭和包括全球变暖在内的环境问题

为了解决这些问题,正在探索工业化学品和材料的可持续生产,将微生物作为细胞工厂,将可再生非食物生物质作为替代石油基产品的原料

在系统代谢工程的帮助下,这些微生物的工程设计变得越来越高效和有效,系统代谢工程是一种将活生物体的代谢工程化以产生所需代谢物的实践

在这方面,使用生物质作为原料生产的化学品数量大幅增加

尽管通过系统代谢工程的进步,可利用微生物生产的化学物质的范围继续扩大,但是尽管短链伯胺具有工业重要性,但其生物生产还没有报道

短链伯胺是在氨中氢原子的位置上有烷基或芳基的化学物质,碳链长度从C1到C7

短链伯胺在化学工业中有广泛的应用,例如,作为药物的前体(例如

g

抗糖尿病和抗高血压药物)、农用化学品(例如

g

除草剂、杀真菌剂和杀虫剂)、橡胶和增塑剂的溶剂和硫化促进剂

2014年,短链伯胺的市场规模估计超过40亿美元

生物法生产短链伯胺尚不可能的主要原因是由于它们未知的生物合成途径

因此,研究小组通过结合反向生物合成和前体选择步骤,设计了短链伯胺的合成生物合成途径

反向生物合成允许通过使用一组生物化学反应规则系统地设计短链伯胺的生物合成途径,这些规则在原子水平上描述底物和产物分子之间的化学转化模式

通过使用用于有效代谢工程实验的前体选择步骤,预测的每种短链伯胺的可能生物合成的多种前体被依次缩小

“我们的研究首次证明了短链伯胺的可再生生产的可能性

我们计划提高短链伯胺的生产效率

我们相信,我们的研究将在发展可持续和生态友好的生物基工业和重组化学工业方面发挥重要作用,这对于解决威胁人类生存的环境问题是强制性的,”李教授说

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