代谢流分析引导改造恶臭假单胞菌生产鼠李糖脂

  代谢工程自从约20年前作为一门新的学科由Bailey提出以来己经在众多研宄领域得到了广泛的应用和发展。细胞内代谢的变化是细胞对胞外环境改变的应答，如碳限制，氮限制状况；或是对外加遗传修饰的反应，如现有基因的高表达，新引入基因的表达，支路途径的阻断，调控基因的敲除等等。代谢流分析技术是了解细胞内代谢变化的一个最基本手段，代谢通量—般以代谢产物的比生成速率表示，在稳态条件下，细胞内中间代谢物的形成速率等于其消耗速率，此时胞内中间代谢物的浓度保持不变。在此时进行取样，测定胞内氨基酸的质量同位体分布矢量，从而推导出目标代谢途径的代谢流比，结合质量平衡关系式，就可以计算出细胞的代谢流量值。根据代谢流量分析的结果，我们可以评价外界环境的变化对细胞代谢的扰动阐释未知基因的作用，分析遗传操作如过表达、敲除等对细胞的影响[1]。

   鼠李糖脂是一种兼顾疏水与亲水两性的生物表面活性剂，因为能够在两相之间进行富集， 主要被用来作为绿色的洗涤剂。鼠李糖脂能够通过微生物菌株中的伯克氏菌属与假单胞菌属天然菌株产生，但是考虑到原始菌株的生产毒性不利于大规模工业化生产。在最新的生产中，研究者Blank等将铜绿假单胞中的 rhlA 与 rhlB 导入重组恶臭假单胞菌 KT2440 中，以葡萄糖为碳源的摇瓶培养中，产量达到了 1.5g/L[2]。
  近日，德国亚琛大学Blank课题组在前期的研究基础上，筛选出rhlA 与 rhlB两个基因串联表达的最适组成型启动子，通过使用13C同位素标记的葡萄糖分析鼠李糖脂合成的代谢流程。研究发现LB培养基中成分仅仅有小部分贡献于鼠李糖脂的合成，不能够促进鼠李糖脂的合成，主要是作用于菌株的生长，而13%的鼠李糖脂包含C13葡萄糖来源的标记，说明了增强葡萄糖利用能够提高鼠李糖脂的合成。通过上述实验步骤的论证，研究者将鼠李糖脂的产量提高了两倍，产量达到了3.2g/L。