中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 基因工程技術(shù)的出現(xiàn)使得人類不再受限于自然變異和篩選，通過有目的的基因組改造可以大幅度地提升菌株的生產(chǎn)性能。例如，通過對代謝網(wǎng)絡(luò)中酶基因的引入、敲除或精細調(diào)控可以創(chuàng)造新的細胞，將廉價的原料轉(zhuǎn)化為有價值的目標產(chǎn)品。這正是目前代謝工程和合成生物學(xué)研究的主要內(nèi)容。從原料到產(chǎn)品的生物轉(zhuǎn)化途徑常常包括幾十步的酶反應(yīng)，目前常用的代謝工程改造策略主要就是過表達和優(yōu)化產(chǎn)物合成途徑中的關(guān)鍵酶、敲除副產(chǎn)物生成途徑、解除產(chǎn)物合成抑制等。通過這種傳統(tǒng)的代謝工程改造策略，人們已經(jīng)獲得大量工程菌株應(yīng)用于生物化學(xué)品（如氨基酸、有機酸、維生素、抗生素）、生物燃料（如乙醇）、生物材料（如聚羥基脂肪酸酯、聚乳酸等）的生產(chǎn)，以可再生的原料和綠色的生產(chǎn)方式，推動人類工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展進入一個新的階段。

代謝工程研究遇到的主要瓶頸就是細胞代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。自然存在的細胞是長期進化的結(jié)果，常包括上千個酶基因并具有復(fù)雜的調(diào)控機制，僅僅對原料到產(chǎn)品合成途徑上的少數(shù)基因進行改造很多時候并不能達到預(yù)期的結(jié)果。隨著基因組測序技術(shù)的快速發(fā)展，完成全基因組測序的生物越來越多；通過基因組注釋信息可以快速確定其基因組能夠編碼哪些酶、進行哪些反應(yīng)，由此構(gòu)建出該生物的代謝網(wǎng)絡(luò)模型。這些基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)模型和長期積累形成的跨物種代謝反應(yīng)數(shù)據(jù)庫，如?KEGG?和?MetaCyc?等為代謝網(wǎng)絡(luò)計算模擬和設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，為合成生物學(xué)和代謝工程提供了新的策略，從而大幅度加快了菌種定向開發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用進程。

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