近日，发表在《ACS synthetic biology》中的“Reconstitution of the ornithine cycle with arginine:glycine amidinotransferase to engineer Escherichia coli into an efficient whole-cell catalyst of guanidinoacetate”一文中（通讯作者为中科院微生物所陶勇研究员和林白雪副研究员），通过在大肠杆菌中重构鸟氨酸循环，循环利用精氨酸，生产出可析出的胍基乙酸。在大肠杆菌中，由于缺乏精氨酸甘氨酸脒基转移酶（arginine: glycine amidinotransferase，AGAT），其自身不能合成胍基乙酸，同时由于缺乏精氨酸酶，其鸟氨酸循环也是不完整的。作者首先通过比较6个物种来源的AGAT，在大肠杆菌中引入Amycolatopsis kentuckyensis来源的AGAT，使得大肠杆菌有能力合成胍基乙酸。进一步，为了减少鸟氨酸的抑制作用，作者通过加强鸟氨酸至瓜氨酸和合成途径并引入氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ、谷氨酰胺自循环系统，成功构建了瓜氨酸合成模块。接下来，作者增强了瓜氨酸到精氨酸的转化途径，提高精氨酸供给，并引入天冬氨酸解氨酶，构建天冬氨酸自循环系统。至此，在重构鸟氨酸循环(谷氨酰胺和天冬氨酸自供应系统)驱动下，使得精氨酸的脒基基团可从无机氨与碳酸氢根合成，精氨酸的角色从合成底物变为“辅因子”，同时也缓解了副产物鸟氨酸的抑制作用。该工程菌株通过全细胞催化反应比较，发现在5mM精氨酸底物下，可以产生约25mM的胍基乙酸。在发酵罐水平，22h滴度达8.61g/L，产率为0.39g/（L·h），胍基乙酸达到析出。
该研究是首次在大肠杆菌中合成胍基乙酸。重构的鸟氨酸循环有望作为转脒基平台，广泛应用于其他胍基化合物的生物合成。
（张子旭 摘译）
