一种新型生物传感器可促进微生物细胞工厂的多样化高水平生产

KAIST的一个研究小组提出了一种新型生物传感器，可以生产多样化的高水平微生物细胞工厂。当开发新菌株时，生物传感器监测产品浓度甚至中间体。该战略为从可再生资源制造各种天然产品提供了一个新平台。该团队利用这一战略创造了四种具有高水平药物重要性的天然产品。

Malonyl-CoA是许多增值化学品的主要组成部分，包括具有药物重要性的各种天然产品。然而，由于细菌中丙二酰辅酶A的低可用性，许多丙二酰辅酶A衍生的天然产物已经通过化学合成或从对环境有害的自然资源中提取而产生并且是不可持续的。对于丙二酰辅酶A衍生的天然产物的可持续生物生产，增加细胞内丙二酰辅酶A库是必要的。为此，需要开发强大且有效的生物传感器来监测新菌株开发时细胞内丙二酰辅酶A丰度的浓度。

KAIST的代谢工程研究人员解决了这个问题。该研究报告了通过重新利用III型聚酮化合物合成酶(也称为RppA)开发简单而稳健的丙二酰辅酶A生物传感器，该合成酶产生黄酮，丙二酰辅酶A的比色指示剂。随后，RppA生物传感器用于基因操作靶标的快速且有效的比色筛选，从而增强丙二酰辅酶A丰度。筛选的有益基因靶用于高水平生产四种源自丙二酰辅酶A的代表性天然产物。与先前的昂贵且耗时的策略相比，新的生物传感器可以容易地应用于工业相关的细菌，包括大肠杆菌，恶臭假单胞菌和谷氨酸棒杆菌，以实现一步法。

该研究采用合成小调节RNA(sRNA)技术快速有效地降低内源性靶基因表达，从而改善丙二酰辅酶A的产生。研究人员构建了一个大肠杆菌基因组规模的合成sRNA文库，其靶向覆盖大肠杆菌中所有主要代谢基因的 1,858个基因。该文库与RppA生物传感器一起用于筛选基因靶标，据信这些基因靶标有助于在表达敲低时增强丙二酰辅酶A积累。

从该比色筛选中，选择了14个基因靶标，所有这些靶标都成功地显着增加了四种天然产物(6-甲基水杨酸，aloesone，白藜芦醇和柚皮素)的产量。尽管在大肠杆菌中作为宿主证明了具体的实例，但研究人员表明，生物传感器在恶臭假单胞菌和谷氨酸棒杆菌中也是有功能的，谷氨酸棒杆菌是工业上重要的代表性革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。本研究开发的丙二酰辅酶A生物传感器将成为快速开发能够生产对制药，化学，化妆品和食品行业至关重要的天然产物的菌株的有效平台。

这项工作的一个重要方面是，本研究中构建的高性能菌株通过比色筛选的简单方法快速，简便地开发，而不涉及广泛的代谢工程方法。可以生产6-甲基水杨酸(一种抗生素)至大肠杆菌报告的最高滴度，并且首次实现了aloesone(aloesin的前体，一种抗炎剂/增白剂)的微生物产生。

“利用可再生资源生产多种天然产品的可持续发展过程具有重要意义。本研究代表了一种强大而有效的丙二酰辅酶A生物传感器的开发，该生物传感器通常适用于广泛的工业上重要的细菌。这种生物传感器具有筛选能力的能力。大型图书馆证明了高效菌株的快速高效建设是可行的。这项研究将有助于进一步加速能够生产有价值化学品的菌株的发展过程达到工业相关水平，“Sang Yup Lee杰出教授说。该研究领导的化学与生物分子工程系。

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