北京
新华社天津2月13日电（记者杨文、张建新）中国研究人员找到了一种提升葡萄糖提取率的方法，为合成生物设计与细胞工厂构建提供了重要工具和新的路径选择。
中国科学院天津工业生物技术研究所的团队，近日通过开发出实时动态监测大肠杆菌葡萄糖吸收速率的方法及其遗传回路，实现动态调节葡萄糖摄取速率及相关代谢途径的碳通量。
葡萄糖是工业微生物发酵过程中的主要碳源，在细胞培养中提高对葡萄糖的摄取率十分重要。
团队成员张大伟表示，葡萄糖通过糖酵解和磷酸戊糖途径代谢，可生成多种目标产物，但以往在细胞培养中，大量葡萄糖未能转化为目标产物，而是转化为副产物排出了。
“这种低效代谢现象在发酵过程中普遍存在，不仅浪费原料，还导致细胞生长与生产失衡，严重影响目标产物的生产效率。”他说。
在大肠杆菌摄取葡萄糖时，会经历一系列复杂的过程，包括跨膜转运、磷酸化、去磷酸化、辅助蛋白招募，以及相关因子的表达或抑制等。
基于这种机制，研究团队开发出了能够实时响应葡萄糖摄取速率的生物传感器，并建立了对葡萄糖摄取速率和中央代谢流进行正负调节的遗传回路。
研究结果表明，这个生物传感器可以直接测量葡萄糖摄取速率，并可应用于氨基酸、维生素、有机酸等产品合成。通过调控中央代谢途径代谢流，调控遗传回路的激活或抑制，最终提高了目标产品的产量。
“我们通过这一套新方法，发现基于细胞对葡萄糖摄取速率动态调控中央代谢途径代谢流，能够从整体上把控代谢通量，并有效提高产品产量。”张大伟说。
研究团队目前正在进行引入葡萄糖摄取速率遗传回路相关菌株的放大发酵实验，下一步，将促进葡萄糖摄取速率遗传回路更好适配产业化生产，进一步提高产量和产率，提升其在营养化学品、化工产品等中的产业化应用价值。
该项研究获得了国家重点研发计划、国家自然基金委杰出青年科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目资助，相关成果发表于《自然-化学工程》期刊。
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