综述：大肠杆菌核黄素生物合成代谢工程的最新进展

本综述系统梳理了利用代谢工程技术改造大肠杆菌（Escherichia coli）作为细胞工厂生产核黄素（RF）的最新策略。重点涵盖前体优化（如增强磷酸戊糖途径和GTP供应）、通路工程（rib操纵子过表达与FMN核糖开关删除）、竞争性通量最小化及细胞鲁棒性强化等核心方向，并强调CRISPR编辑、多组学指导与生物过程控制对产业化应用的推动作用。

　　

Abstract

大肠杆菌（Escherichia coli）凭借其清晰的遗传背景和可操作性，已成为工业核黄素（Riboflavin, RF）生物合成的优势微生物平台。本综述系统总结了提升RF产量的关键代谢工程策略：

前体优化

通过强化磷酸戊糖（Pentose Phosphate Pathway, PPP）通量增加核酮糖-5-磷酸（Ribulose-5-phosphate）供给，并解除嘌呤生物合成的调控以提升鸟苷三磷酸（GTP）可用性。这两类前体的协同积累为RF合成奠定分子基础。

通路工程

过表达rib操纵子（含ribA, ribB, ribC, ribD, ribE等基因）直接增强生物合成能力。通过修饰ribF（编码核黄素激酶/FMN腺苷酰转移酶）缓解黄素单核苷酸（FMN）的反馈抑制，并删除FMN核糖开关（Riboswitch）使RF合成摆脱转录层面调控。

竞争性通量最小化

重构碳代谢网络以减少副产物乙酸生成，阻断分解代谢旁路反应（如核黄素降解途径），使碳流定向流向目标产物。

细胞鲁棒性增强

平衡辅因子NADPH/ATP供应以支持高耗能生物合成过程，并通过应激耐受工程提升细胞在高浓度产物环境下的存活率。

此外，采用明确培养基配方、温度梯度控制及动态pH/溶氧（Dissolved Oxygen, DO）调控等生物过程优化策略，有效实现了实验室菌株性能向工业级生产的转化。新兴的CRISPR基因组编辑技术、多组学（转录组/代谢组/通量组）指导的通路优化以及无抗生素质粒稳定系统，进一步推动大肠杆菌发展成为可持续的RF细胞工厂。未来研究方向将集中于整合系统代谢工程（Systems Metabolic Engineering）方法，实现菌株性能的全面优化。