Nature Metabolism：合成能量代谢为细胞提供了双引擎

　　

   

   

图:双引擎设计示意图    

由中国科学院深圳先进技术研究所YU Tao教授领导的研究团队提出了一种新的合成能量系统，可以支持酵母细胞生长和生产高度还原的化学物质。

这项研究发表在10月27日的《自然代谢》杂志上。

在进化过程中，细胞代谢被优化为自我增殖，而不是产生特定的化学物质。相比之下，合理的设计加上现代生物技术的代谢重组使细胞转化为高产工厂。

为了生产高度还原的化学物质，例如作为生物燃料的游离脂肪酸(FFAs)，细胞需要消耗能量并克服底物和目标产品之间化学成分的化学计量限制。因此，重新布线还原/能量代谢成为一个有效的解决方案。

在本研究中，合成能量系统包含三个模块:磷酸戊糖(PP)循环、反式氢化酶循环和外呼吸链。PP循环是一个重复的脱羧循环，在这个循环中会产生大量的还原剂，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。这样反式氢化酶循环可以不可逆地将一个NADPH转化为细胞质中的一个烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)。通过外呼吸链，胞质NADH可以产生能量。

研究人员测试了一种进化的丙酮酸脱羧酶缺乏菌株E1B。过表达PP循环和糖酵解阻断后，由于NADPH过量积累，菌株无法在葡萄糖上生长。反式氢酶循环的表达恢复了细胞的正常生长。在合成能量系统的背景下，由于内源性能量系统的下调，细胞生长没有被削弱，反而得到了改善，说明该系统可以成为更好的细胞生长提供能量的替代方案。

至于还原化学生产，琥珀酸滴度达到约3.3 g/L。结合前体、辅因子和能量之间的比例微调，合成能量系统将FFAs的产率提高到最大理论产率的40%，这是目前报道的最高产率酿酒酵母并展示了该系统在工业规模生产中的潜力。

YU Tao教授说:“能量代谢重编程表明，尽管酵母菌的分解代谢有广泛的调节，但仍有可能重新连接它们的能量代谢。”

文章标题

Metabolic reconfiguration enables synthetic reductive metabolism in yeast