生物合成途徑優(yōu)化

利用基因元件在宿主細胞中進行異源生物合成途徑的重建，一般需要考慮多種影響途徑合成效率的因素，例如：物質(zhì)和能量的平衡，異源代謝產(chǎn)物對宿主細胞生理性能的影響（毒性），異源代謝產(chǎn)物、功能酶、生物途徑及宿主細胞之間的兼容性等多個方面。目前，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出一些優(yōu)化生物合成途徑的策略。

物質(zhì)流分配控制。通過調(diào)控關(guān)鍵節(jié)點基因的表達來控制目標化合物在物質(zhì)流供給網(wǎng)絡中的分配比例。如在青蒿酸工程菌構(gòu)建過程中，通過提高生物合成途徑上游基因的表達來增加前體供給和抑制分支途徑基因的表達來減少底物競爭物質(zhì)流控制方案，顯著提高了工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)青蒿酸的能力。

合成途徑的精確控制。通過建立啟動子文庫來精確控制基因的表達量，使合成途徑中各基因協(xié)調(diào)表達，減少中間代謝產(chǎn)物積累，降低細胞負荷，最終提高工程菌株的發(fā)酵生產(chǎn)性能。如利用不同強度的啟動子對脂肪酸合成途徑和異源的樺木酸合成途徑進行協(xié)同表達，發(fā)現(xiàn)工程菌株樺木酸的產(chǎn)量可在?200?倍范圍內(nèi)變化。

合成途徑的動態(tài)控制。微生物合成途徑優(yōu)化中極為重要的一環(huán)是對途徑中各代謝物進行動態(tài)定量和監(jiān)測。依靠對目標代謝物的特異敏感性，生物傳感器（biosensor）可將代謝物的變化信息通過多種信號實時輸出，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和反饋。基于此特性，生物傳感器可以應用于構(gòu)建動態(tài)代謝物調(diào)節(jié)回路，增加目標化合物的產(chǎn)量。如，利用可以響應丙酰輔酶?A?的生物傳感器監(jiān)測胞內(nèi)丙酰輔酶?A?的積累，從而反饋下調(diào)乙酰輔酶?A?羧化酶的表達來降低細胞毒性；利用?RNA?微矩陣方法鑒定出的法尼基焦磷酸生物傳感器可用于平衡代謝流，增加紫槐二烯的產(chǎn)量。