研究背景：随着高糖饮食引起的健康问题日益严重，如糖尿病、高血压和肾病等非传染性疾病的风险增加，市场对低热量甜味剂的需求也在不断增长。甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷因其低热量和高甜度而被认为是下一代甜味剂。然而，这些甜味剂在自然界中含量较低，传统植物提取方法既不经济也不环保。因此，开发一种高效、可持续的生产方法成为当务之急。基于合成生物学的微生物生产方法具有周期短、效率高和提取过程简单的优点，为甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的生产提供了新的思路。
研究问题：

o    如何通过工程化酵母实现甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的从头生物合成？

o    如何解决生产过程中的限速步骤、产品对细胞适应性的压力和代谢网络不平衡的问题？

o    如何优化酵母代谢网络以提高甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的产量？

研究结果：

·         甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的从头生物合成：研究者通过模块化工程方法重塑了复杂的代谢网络，成功在15升生物反应器中实现了甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的从头生物合成。其中，甜叶悬钩子苷的产量达到了1368.6 mg/L，甜叶菊苷的产量达到了132.7 mg/L。

·         限速步骤的识别和消除：在生产过程中，研究者识别并消除了限速步骤。通过酶融合、表达调控和基因过表达等策略，显著提高了关键酶的催化效率，从而提高了整体的生产效率。

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·         酵母适应性的提高：为了提高酵母对甜味剂的适应性，研究者挖掘并强化了活性外排系统和应激反应调节因子。这些措施促进了甜味剂的分泌和合成，减轻了产品对细胞的压力。

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·         代谢网络的优化：利用基于基因组规模的代谢模型和计算机模拟工具，重新分配和优化了代谢网络。通过这一措施，进一步提高了甜叶悬钩子苷和甜叶菊苷的产量。

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研究意义：通过系统的工程化策略成功实现了悬钩子苷和甜叶菊苷的从头生物合成，并为大规模生产提供了可持续的途径。这一成果不仅有助于降低生产成本和减少对环境的影响，还为其他天然产物的生物合成提供了有价值的参考和启示。同时，本研究也展示了合成生物学在推动绿色生产和解决传统提取方法局限性方面的巨大潜力。

文献来源：Xu Y, Wang X, Zhang C, Zhou X, Xu X, Han L, Lv X, Liu Y, Liu S, Li J, Du G, Chen J, Ledesma-Amaro R, Liu L. De novo biosynthesis of rubusoside and rebaudiosides in engineered yeasts. Nat Commun. 2022 Jun 1;13(1):3040. doi: 10.1038/s41467-022-30826-2. PMID: 35650215; PMCID: PMC9160076.