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微生物代谢工程 陈策实尹光琳 3) (中国科学院上海生物工程研究中心上海20023 摘要奉支介绍了微生物代谢工程的基本概念，固内外研究动态、发展趋势与其型应用实 例，综述了所应用的分子生新学工具和分析工具，重点评龊了堆生素c微生糟合成的代谢工程 研究，最后探讨了微生物代谢工雀的发展方向． ‘ 关健竭搬生物代谢I程’维生素c 天在德国Bavaria又召开第二届会议。代谢工程的相关论文和专利近年增长十分迅速[1】。国外 大约在90年代开始正式提出代谢工程的概念，嗨iley【21最早全面综述了代谢工程的进展，指 则列举了代谢工程的应用实例和最近进展。KennethC全面介绍了代谢工程改造微生物用于处 理有毒废物，郁静怡[81综述了微生物代谢工程的设计思路。 1微生物代谢工程概念与实例 微生物代谢工程是基因工程的-．个重要分支“利用重组DNA为主的技术操纵酶的转移和细 胞调节功能，定向改造微生物细胞基因组结构．莺新设计细胞的代谢系统，达到生物体内改变 代谢流，扩展代谢途径和构建新的代谢途径的目的，f5】。使原来的微生物具有的经济价值成百倍 地提高。主要应用于工业微生物、环境微生物的分子育种。 微生物代谢工程综合微生物学，分子生物学、生物化学、化学工程、生物信息学等多门学 科，应用了实验的、数学的和计算机的工具。广泛短用于抗生素、氨基酸、维生素、重组多肽 工程改造策略与实例。 表l徽生物代谢工蠢设计簟略与应用实例 篓堕塑廛旦旦笪 塞鲤主担羞董旦塑丝生塑 耍旦芒昌 缝墨塑壅旦 l加基因剂量和酶的表达董． 脱乙酰缸基头孢菌素c禽成酶基 头孢菌素C 用于工业发酵，提 加速速度限制反应改变代谢 因cef匝导入顶头孢，壤少中间 高15％效价m’ 流，增加所耍代谢物的产量 体青霉素N的积累； 2提高代谢分叉点的某一分支 将去除反馈抑制的高丝氨酸脱 丝氪酸和赖氨酸 产丝氨酸52g／L 代谢途径酶系活力，改变交叉 氢酶转到产赣氨酸的棒状杆菌 代谢途径的流向 l l 一——————T——r——————一一 3引入外源基因延伸原来的代 (详见本文第4部分) 维生素C 2KLG可以达到 谢途径，利用新的生物合成原 1209／Lt‘01 料如廉价的碳、氮源料，或产 生新的末端代谢产物 4构建代谢旁路，阻断代谢旁 将外源丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢 大肠杆菌高密度 细胞密度提高3倍 路．解除有毒或副产物的产生 酶克隆到大肠杆菌，使不产生乙 发酵 觳，产生乙醇 5改变能量代谢，如降低需氧 VHb应用于枯草芽孢杆菌和丈肠 增加细胞密度和 广泛‘” 量，减少动力消耗 杆菌等，妊高限氧条件下产生 中性蛋白酶产量 ‘ATP的效率 。 ‘1“等 策略和应用目的 实例中相关基因和微生榭