近日,Microbial Cell Factories发表了江南大学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“Compartmentalization and transporter engineering strategies for terpenoid synthesis” (Jin et al., Microbial Cell Factories. 2022. 21: 92)。江南大学2021级博士生金柯为论文第一作者,吕雪芹副研究员和刘龙教授为论文通讯作者。
萜类化合物作为自然界分布最为广泛、种类最为多样的天然产物之一,具有抗氧化、抗癌等多种功效,在食品和医药等领域应用广泛,市场需求量也日益增加。目前获取植物萜类化合物主要方法是植物萃取法和化学合成法。然而,由于植物中萜类化合物含量低以及植物生长周期长、具有环境依赖性等问题,植物提取生产萜类化合物仍具有较大挑战性。而部分萜类化合物的同分异构现象使化学合成方法变得尤为复杂和困难。考虑到微生物细胞工厂具有成本低、环境友好、生产效率高等优点,开发高效萜类合成微生物细胞工厂已成为研究者重点关注的研究方向。
已知强化合成途径、重构中心碳代谢、平衡竞争途径、异源表达细胞色素P450酶等策略可以在不同程度上提高萜类化合物的产量。近年来,研究人员发现,除了上述策略外,充分利用微生物细胞自身的细胞器或细胞膜进行途径酶区室化或者扩展贮存空间,可以显著提高萜类化合物的产量。在这篇综述中,我们首先系统地总结了在萜类化合物生产中所使用的细胞膜和各种细胞器区室化策略,涉及的细胞器包括内质网、脂滴、过氧化物酶体、线粒体等;随后,对扩张细胞器膜以提高细胞对萜类化合物贮存能力的相关策略进行了讨论;之后,分析和论述了与萜类化合物相关的转运体工程策略;最后,我们对区室化和转运体工程策略的发展趋势进行了展望,期望为高效合成萜类化合物的细胞工厂的设计和构建提供一定的理论指导。
上述研究工作得到了国家自然科学基金(32021005)、国家重点研发计划项目(2018YFA0900300),以及央高校基本科研专项资金(JUSRP52019A, JUSRP121010, JUSRP221013)等的资助。
图1 以内质网、脂滴、过氧化物酶体以及线粒体为例的区室化模式示意图
图2 以大肠杆菌为例的膜工程策略示意图
图3 以酿酒酵母和大肠杆菌为例的运输系统工程策略示意图
图4 以酿酒酵母为例展望有效促进萜类化合物合成策略示意图