近日，Biotechnology Advances在线发表了糖化学与生物技术教育部重点实验室刘龙教授课题组的综述论文“Refactoring transcription factors for metabolic engineering”（Denget al., 2022, Biotechnol. Adv., 57:107935）。江南大学2017级博士毕业生邓琛为论文第一作者，刘龙教授为通讯作者。

近年来，随着代谢工程和合成生物学的快速发展，通过构建微生物细胞工厂，已经实现了多种高附加值化合物的异源合成。为了提高目标化合物在微生物细胞工厂中的合成效率，传统的调控策略通常是直接对代谢途径的基因进行上调、下调或者敲除，使流向产物合成途径的代谢流最大化。但由于代谢途径的复杂性和多样性，在对相关基因的改造过程中很难获得一个全局最适表型。此外，基因的过表达往往会导致有毒中间代谢产物积累，基因的下调、敲除又易使细胞缺乏生长所需要的重要代谢物。对单一基因的改造最终可能会破坏细胞的内稳态，造成较低的产物合成效率。因而，只有同时对多个控制基因进行修饰或者对代谢途径中的关键基因进行适时适量的全局动态调控才能获得理想的微生物细胞工厂。

转录因子（transcriptionfactor，TF）作为改造微生物代谢途径的工具，以其独有的“多点调控”以及动态调控优势，能够全局性地、高效地、特异性地动态调控目标代谢途径。为了更好地理解和促进基于转录因子的各种代谢调控策略在代谢工程领域的应用与发展，该综述首先对转录因子的类型和作用原理进行了系统的总结和归纳；其次，系统地介绍和比较了不同物种来源、不同类型的转录因子及其DNA结合位点的预测方法；在此基础上，总结了全局转录调控技术的运用、基于转录因子的生物传感器的运用、人工构建转录因子的运用等实例；此外，从六个方面提出了近年来转录因子调控工具在微生物细胞中的应用方面面临的问题以及解决策略，包括DNA结合位点特异性的改造、DNA结合位点位置与结合能力的改造、诱导型转录因子响应底物谱和动态调控范围的调节、群体响应工具正交性优化策略、转录因子与其他调控元件偶联策略等；最后，针对目前基于转录因子的代谢工程调控策略所面临的挑战和问题，该综述从不同方面讨论了构建基于转录因子的各种调控工具目前存在的局限性以及未来前景。

上述研究工作得到了国家自然科学基金(32021005, 31930085)、国家重点研发计划项目(2018YFA0900300, 2018YFA0900504)、中央高校基本科研专项资金(JUSRP52019A)、山东省重点研发计划项目(2019JZZY011002)，以及江苏省研究生科研创新计划(KYCX18_1792)等的资助。

图1大肠杆菌和谷氨酸棒状杆菌胞内转录因子调节网络示意图

图2转录因子DNA结合靶点预测的工作流程方案

图3转录因子工程在微生物细胞工厂中的应用实例

图4基于转录因子的代谢网络动态调控策略

图5转录因子调控工具性能优化策略

图6基于转录因子的代谢工程调控策略的未来展望