Metabolic Engineering:開發動態調控技術高效合成γ-氨基丁酸

中國科學院天津工業生物技術研究所研究員劉君帶領的微生物生理和代謝工程研究組以低價值甘油為原料，通過途徑工程和動態代謝控制，開發了高效生產GABA谷氨酸棒桿菌細胞工廠。該研究首先利用隨機RBS工程技術在谷氨酸棒桿菌中構建并優化了甘油利用途徑，實現了甘油的高效同化利用。隨后在該菌株中重建GABA合成途徑，構建GABA合成細胞工廠，實現了甘油向GABA的生物轉化。在GABA合成過程中需要TCA循環中間產物α-酮戊二酸為底物，而將過量的α-酮戊二酸代謝流導向GABA合成途徑必然引起TCA循環通量降低，從而造成代謝失衡和生長阻滯，因此，如何平衡產物合成和細胞生長的關系是提升GABA生物合成的關鍵限制因素。該研究隨后在谷氨酸棒桿菌中開發了一種可調的生長期依賴性自主雙功能遺傳開關（GABS），能夠根據細胞生長時期自動關閉或開啟基因的表達，從而實現了細胞內基因的動態表達調控。利用該調控技術重構了GABA合成代謝網絡，工程菌株能夠在積累足量的生物量之后發生代謝狀態轉變，使細胞代謝狀態由“生長模式”向“生產模式”轉變，從而實現了細胞生長和產物合成的協同平衡。*終構建的工程菌株GABA產量超過45 g/L，產率提升至0.4 g/g 甘油，是目前報道的利用甘油生產GABA的*高產量，對谷氨酸棒桿菌細胞工廠的代謝調控提供了新的工具和方法。

該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。該研究成果已在國際期刊Metabolic Engineering上發表。天津工生所博士后魏亮為該論文**作者，劉君和天津科技大學副研究員劉清岱為該論文的共同通訊作者。

動態調控策略改造谷氨酸棒桿菌利用甘油生產GABA