解脂亚洛酵母代谢网络异位重构强化alpha-酮戊二酸积累

代谢工程改造获得高产菌株最常用的做法是直接过量表达目标途径上的酶，这往往导致途径中酶的表达水平比自然存在的任何途径中的都高，但过高的表达量不但造成胞内原料的浪费，抑制其它途径的正常运行，最终限制目标产物的高效生产。因此，如何通过改变关键酶的调控提高其催化效率，以实现在正常表达水平下仍能保证生化反应以较高的速率进行，是解决这一问题的核心。在真核微生物中，中心代谢途径中的许多反应通过不同的同工酶分别在胞质和线粒体中进行，且受不同的代谢机制的调控。本研究依据在解脂亚洛酵母生产alpha-酮戊二酸所涉及的关键基因在胞质和线粒体中的同工酶所受调控的细胞区域特异性差异，通过消除定位前导肽，在胞质中重构alpha-酮戊二酸合成途径，并结合适当的辅因子调控机制，在强化alpha-酮戊二酸积累的基础上，研究与其积累相关的碳、氮代谢流和辅因子代谢相关的调控机制。将为相关的真核微生物代谢工程研究提供崭新的思路。

代谢工程改造获得高产菌株最常用的做法是直接过量表达目标途径上的酶，这往往导致途径中酶的表达水平比自然存在的任何途径中的都高，但过高的表达量不但造成胞内原料的浪费，抑制其它途径的正常运行，最终限制目标产物的高效生产。因此，如何通过改变关键酶的调控提高其催化效率，以实现在正常表达水平下仍能保证生化反应以较高的速率进行，是解决这一问题的核心。在真核微生物中，中心代谢途径中的许多反应通过不同的同工酶分别在胞质和线粒体中进行，且受不同的代谢机制的调控。本研究依据在解脂亚洛酵母生产α-酮戊二酸所涉及的关键基因在胞质和线粒体中的同工酶所受调控的细胞区域特异性差异，通过消除定位前导肽，在胞质中重构α-酮戊二酸合成途径，并结合适当的辅因子调控机制，在强化α-酮戊二酸积累的基础上，研究与其积累相关的碳、氮代谢流和辅因子代谢相关的调控机制。在项目实际执行过程中，由于受到解脂亚洛酵母基因操作体系的限制，仅实现了对少数代谢途径关键基因的异位重构，未能实现更为复杂的多个关键基因的同时异位重构。在此基础上，针对解脂亚洛酵母不同细胞区间的辅因子代谢过程进行了进一步的调控，阐明了不同细胞区间代谢关键酶和辅因子的调控对于α-酮戊二酸和碳中心代谢途径调控的关键作用机制。相关研究成果发表研究论文10篇，其中SCI论文6篇；申请中国发明专利4项，授权3项，其中1项获得2014年中国发明专利金奖；相关研究成果转让至2家国内生物技术企业进行工业化生产，作为重要组成部分获得2015年国家技术发明奖二等奖。