一碳化合物利用新途径的设计和体外构建-生物加工过程.PDF

第 １５卷第５期 生　 物　 加　 工　 过　 程 Ｖｏｌ１５ Ｎｏ５ ２０１７年９月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｅｐ． ２０１７ － ｄｏｉ：１０３９６９／ ｊｉｓｓｎ１６７２ ３６７８２０１７０５０１１ 一碳化合物利用新途径的设计和体外构建 陈　 阳，杨　 雪，袁倩倩，罗　 浩，李培顺，马红武 （中国科学院 天津工业生物技术研究所，天津 ３００３０８） 摘　 要：一碳化合物作为糖类的廉价替代底物在工业生物技术中具有广泛的应用前景。 传统途径中由一碳化合物 或糖类生产乙酰辅酶Ａ衍生产品时会有１／ ３的碳损失，导致产品得率较低，因此找到没有碳损失的新途径非常重 要。 基于ＭｅｔａＣｙｃ数据库的代谢反应集和通量平衡分析的途径分析方法，计算得到一条由一碳化合物甲醛生成乙 酰辅酶Ａ衍生产品的新途径，该途径不仅无碳损失，并且无能量（ＡＴＰ）和还原力消耗。 为了验证途径的可行性，筛 选途径相关酶，纯化后进行体外实验，通过乙酸的产量来间接表征途径的运行情况。 结果发现：乙酸的生成浓度会 随着体系初始甲醛加入量的增加而增加，在一定条件下，乙酸的总碳摩尔得率可以达到９０％，超过了传统路径的最 大理论得率６７％。 关键词：代谢网络模型；一碳化合物；乙酰辅酶Ａ；新途径；体外验证 － － － 中图分类号：Ｑ８１５　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２ ３６７８（２０１７）０５ ００８６ ０７ Ａ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｐａｔｈｗａｙ ｆｏｒ ｏｎｅ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＣＨＥＮ Ｙａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｘｕｅ，ＹＵＡＮ Ｑｉａｎｑｉａｎ，ＬＵＯ Ｈａｏ，ＬＩ Ｐｅｉｓｈｕｎ，ＭＡ Ｈｏｎｇｗｕ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３０８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃ１ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｃａｎ ｂｅｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｓｌｏｗ⁃ｃｏｓｔ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｔｏ ｓｕｇａｒｓ．Ｉｎｎｏｒｍａｌｐａｔｈｗａｙｓｆｏｒｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆ ａｃｅｔｙｌ ｃｏｅｎｚｙｍｅＡ ｄｅｒｉｖｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｆｒｏｍ Ｃ１ｃｏｍｐｏｕｎｄ， ｏｎｅ ｔｈｉｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ａｔｏｍｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｓ ｗａｓｔｅｄ ａｓ ＣＯ ，ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｙｉｅｌｄ ｉｓ ｌｏｗ． ２ Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｆｉｎｄｎｅｗ ｃａｒｂｏｎｃｏｎｓｅｒｖｅｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐａｔｈｗａｙｓｆｏｒａｃｅｔｙｌ⁃ＣｏＡｄｅｒｉｖｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｒｏｍ Ｃ１ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ，ｗｅ ｂｕｉｌｔ ａ ｌａｒｇｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ＭｅｔａＣｙｃ ｄａｔａｂａｓｅ ａｎｄ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｆｌｕｘ ｂａｌａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ａ ｎｅｗ ｐａｔｈｗａｙ ｆｒｏｍ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｔｏ