乙酰辅酶A衍生产品生物合成平台细胞的构建与调控机理研究

The acetyl-CoA-derived chemicals have wide range of industrial applications, including medicine, food, cosmetics, agriculture, industry and many other fields. At present, the studies on the biosynthesis of acetyl-CoA-derived chemicals were mainly focused on the modification of synthetic pathways of single target product. However, the research on the platform cell factory was lack at home and abroad. In order to improve the competitive, an efficient, stable and universal platform cell factory for acetyl-CoA-derived chemicals production will be constructed in this project by increasing the level of acetyl CoA and combining with a variety of new ideas, such as global regulation, post-transcriptional regulation, stress factors regulation and application of replenishment. In addition, we will also carry out the research about the proteomics and metabonomics of the platform cell due to the insufficient basic theory of metabolic regulation. These researches can identify the key genes and rate-limiting reactions for acetyl-CoA-derived chemicals production, analyze the regulatory mechanism and finally establish a complete metabolic regulation network. The project will play an important role in promoting the microbial synthesis and basic theoretical research of acetyl-CoA-derived chemicals.

乙酰辅酶A的衍生产品种类繁多，市场应用价值大，涉及医药、食品、化妆品、农业、化工等众多领域。目前针对乙酰辅酶A衍生产品生物合成的研究主要集中于单一目标产物合成途径的优化和改造，缺乏对其生物合成平台细胞的研究。因此，本项目以乙酰辅酶A衍生产品为契入点，通过增加底物乙酰辅酶A的积累水平，结合全局性调控、转录后水平调控、应激因子调控和回补途径的应用等多种新思路，构建一株高效、稳定的应用于该类产品生物合成的平台细胞，实现“一种改造一类生产”的目标，促进乙酰辅酶A衍生产品生物合成的竞争力。同时，针对乙酰辅酶A衍生产品生物合成基础研究薄弱，代谢调控理论支撑不足的现状，本项目将对平台细胞的差异蛋白组学和代谢组学进行研究，锁定乙酰辅酶A衍生产品生物合成的关键基因和限速反应，解析其调控机理，建立完整的系统性调控网络。本项目的开展将对乙酰辅酶A衍生产品的工业微生物合成和基础理论研究具有重要的推动作用。

乙酰辅酶A的衍生产品种类繁多，市场应用价值大，涉及医药、食品、化妆品、农业、化工等众多领域。目前针对乙酰辅酶A衍生产品生物合成的研究主要集中于单一目标产物合成途径的优化和改造，缺乏对其生物合成平台细胞的研究。因此，本项目以乙酰辅酶A衍生产品为契入点，通过增加底物乙酰辅酶A的积累水平（敲除ackA，过表达acs），结合转录水平（敲除arcA）、转录后水平（csrB的过表达）的全局性调控等多种新思路，构建了一株能够高效、稳定的应用于该类产品生物合成的平台细胞（ABKS），实现了“一种改造一类生产”的目标，提高乙酰辅酶A衍生产品生物合成的竞争力。同时，针对乙酰辅酶A衍生产品生物合成基础研究薄弱，代谢调控理论支撑不足的现状，本项目对平台细胞的转录组学、代谢组学和蛋白翻译后修饰进行了深入研究，发现平台细胞通过基因表达和蛋白翻译后等不同层面的调控，使平台细胞的代谢流进行了重构，降低了副产物合成途径的代谢流，尤其在异柠檬酸分支位点处，将代谢流从TCA循环导向了乙醛酸循环，缓解溢流代谢，提高碳原子经济性。项目锁定了乙酰辅酶A衍生产品生物合成的关键蛋白和调控位点，解析了平台细胞的调控机理。本项目的研究对乙酰辅酶A衍生产品的工业微生物合成和基础理论研究具有重要的推动作用。