生物能源开发研究对应的细胞代谢模块改造技术的初步研究.pdfVIP

化 工 进 展 PROGRESS ·194· CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERING 2008年第27卷增刊 生物能源开发研究对应的细胞代谢模块改造技术的初步研究 张治洲L2，王燕1，丛建国1 上海200030) 摘要：生物能源的开发有多种方式，也需要不同层面上的技术。基于细胞代谢模块生物量的增量调节技术将来 也很重要，而且这类技术属于共性关键技术。目前关于细胞代谢模块生物量的系统性调节技术，尤其是其中子模 块特定产物的精细调节技术还鲜见报道。子模块代谢总量与子模块基因表达总量之间的一致性关系还不太清楚， 但是在有限的实验数据前提下通过比较容易获得的基因表达数据应该可以近似地研究代谢子模块之间的互动关 系。我们通过分析酵母细胞基因表达芯片数据，初步发现脂类代谢各个子模块基因表达总量之间的初步关系，子 模块局部代谢网络上一些单个基因在不同试验条件下的表达变化规律与所在子模块的基因表达总量变化规律有很 高的甚至惊人的相似性，而其它基因的变化与子模块总量变化有很大差异；这个结果提示可以通过调控代谢网络 中的某个节点的基因表达升降就可能准确地调控一些代谢子模块的生物总量。 关键词：生物能源；细胞代谢模块；基因表迭；生物量 面向生物能源和新一代生物基工业技术的合 因表达芯片数据可以近似地反映各个代谢模块包含 成生物学和系统生物技术研究可能越发重要。目前 的基因对应的生物量。现在需要一个假定：细胞内 生物转化和生物炼制是主要的生物能源开发手段， 各个代谢模块的总生物量变化与其中蛋白质(主要 但是将来合成生物学将逐步发挥重要作用，其特点 是酶)的总量变化具有一致性。在此假定下我们可 之一是试图把一些生物反应的若干步骤重新组装 以先利用较少量的基因芯片数据初步分析一下酵母 成新的代谢回路并在合适的生物细胞中得以高效 细胞内脂类物质代谢模块的若干变化规律。 实现，也可以把一些相对来讲比较简单的代谢路径 1材料和方法 直接放到体外系统中实现。这方面潜在的基础研究 问题包括：细胞代谢模块的相互关系之生物信息学 1．1数据来源 研究；代谢模块生物鼍与模块基因表达总量之间的 基因芯片实验数据由斯坦福大学芯片数据库提 一致性研究：模块间相对生物量的精细调控技术基 供11】。每张芯片检测了$288C酵母全基因组，共得 min、 础；代谢化学反应网络的分区和模块移植技术；子 到23张时间序列芯片，芯片时间段分别为0 模块代谢生物量的缩小和放大技术；上述若干研究 14min，20min，30mill，40rain，49rain，55min， 的体外实验模型：这些体外实验模型需要进行体外 63rain、70rain、77rain、85min、105min、112min、 基因网络的构建(将逐步涉及人工微型染色体的构 120minI140mill，155rain，170min，190min， 230rain、250rain、275 造技术)；新型高效的长片断基因扩增技术；这些 min。这些芯片数据已经经 问题都可以先使用合适的模式生物(如酵母)来逐 过了一定的归一化处理，具有较高的可比性。脂类 一研究。为将来研制生物能源相关的核心技术奠定 代谢模块和各个子模块的基因和它们之间的网络 基础。 目前国际公共数据库中已经积累了将近3000网站。基因的网络节点个