近日，ACS Synthetic Biology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研究成果“Synthetic biology toolkits and metabolic engineeringapplied in Corynebacterium glutamicum for biomanufacturing”(Chai et al., ACS Synthetic Biology. 2021.10:3237-3250)。实验室2020级硕士生柴猛为论文第一作者，吕雪芹副研究员和刘龙教授为通讯作者。

以微生物菌株为基础的环境友好型生物生产逐渐成为各种工业生产的核心。如何改造微生物菌株使其能更好地满足制造产业的需求，是当今普遍关注的问题。随着合成生物学和生物组学等多种生物技术的不断发展，新一代微生物生产菌株应具备更广泛的底物利用能力，更高效的产物合成途径，以及更显著的产物分泌系统等多种优良性能。

谷氨酸棒杆菌具有高安全性、低致病性、高抗逆性、生长快速、无孢子产生，且发酵过程中无明显异味产生等多个优点，已经被广泛用于氨基酸、有机酸、醇类、蛋白质等多种产品的生物制造。该综述详细介绍了设计和构建谷氨酸棒杆菌生产菌株策略，包括基因组编辑及修饰系统、合成生物学辅助的代谢调控元件、菌株适应性进化技术，以及谷氨酸棒杆菌微生物工厂的应用。

首先，总结了基因组的编辑和修饰策略，包括蔗糖致死筛选技术、Cre/loxP、RecT介导的单链重组、CRISPR/Cpf1、CRSIPR/Cas9、RecET介导的CRSIPR/Cas9、优化的同源重组技术等基因编辑工具，并介绍了构建基因组简化菌株底盘的方法；其次，从基因调控元件工程、生物传感器、代谢调控开关、代谢网络模型四个部分介绍了合成生物学元件在优化细胞代谢流方面的策略；随后，论述了定向进化技术获得较优表型菌株的方法，包括更快的生长速度、更高的环境耐受、更广泛的底物利用能力等较优生理特性；之后，选择N-乙酰氨基葡萄糖和透明质酸为例，进一步阐述了谷氨酸棒杆菌微生物细胞工厂的构建方法与策略；最后，总结了构建谷氨酸棒杆菌生产菌株存在的一些问题与挑战，并展望了构建新一代生产菌株的发展趋势。

上述研究工作得到了国家重点研发计划（2018YFA0900504、2020YFA0908300）、国家自然科学基金（31870069、32070085、32021005）、中央高校基本科研专项资金（JUSRP52019A、JUSRP121010、JUSRP221013、SKLF-ZZB-202106），以及山东省重点研发计划项目（2019JZZY011002）的资助。

图1 谷氨酸棒杆菌基因组简化底盘

图2 代谢调控开关