近期，我校生物工程学院罗玮教授课题组在基于系统代谢工程技术高效合成依克多因方面取得了重要进展，研究成果“Metabolic Engineering of Escherichia coli for Efficient Production of Ectoine”正式发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry 。
在生物工程、化妆品、医药和食品工业中，依克多因作为一种有价值的相容性溶质，因其在抵抗渗透压、稳定核酸、蛋白质和细胞膜结构以及保护生物大分子免受水解等方面的显著功能而受到重视。尽管某些嗜盐细菌能够自然产生依克多因，但作为生物制造的模型生物，大肠杆菌在经过代谢工程改造后，展现出了高效生产依克多因的巨大潜力。然而，复杂的代谢通量分布和小副产品形成限制了大肠杆菌中依克多因的生产。
该团队通过代谢工程技术对大肠杆菌进行改造，成功增强了依克多因的生产效率。研究中，团队首先确定了ectABC基因簇序列、质粒拷贝数和关键基因拷贝数对依克多因合成的影响，并发现使用高拷贝数质粒pRSFDuet-1和原始ectABC序列的组合能产生最高水平的依克多因。通过敲除竞争途径中的关键基因，如高丝氨酸脱氢酶和二氨基庚二酸脱羧酶，以及过表达天冬氨酸激酶I（thrA*）、天冬氨酸氨基转移酶和天冬氨酸解氨酶（aspA），实现了依克多因产量的显著提升，其中thrA*和aspA的最佳基因拷贝数均为3时，依克多因产量达到1.91 g/L。进一步通过增强草酰乙酸库，依克多因产量被提高至4.99 g/L。最终，通过综合这些策略，构建的工程菌株C24在5升发酵罐中实现了35.33 g/L的依克多因产量，葡萄糖转化率达到0.21 g/g，为依克多因的工业规模生产提供了坚实的基础，目前该工作仍在推进中，将能进一步提升产物终浓度和转化率。总之，这项工作不仅在微生物代谢工程领域取得了突破，为依克多因的工业生产提供了新的途径，而且其发现的代谢工程策略和方法可能对其他生物活性分子的生产也具有指导意义。通过精确调控代谢网络，研究团队能够将微生物工厂转化为高效生产平台，这对于可持续生物制造和绿色化学工业的发展具有重要意义。这项工作展示了合成生物学在解决工业和环境挑战中的巨大潜力，为未来生物技术的应用开辟了新的可能性。
我校硕士生王柯为第一作者，罗玮教授为论文的通讯作者。近年来，我校生物工程学院罗玮教授团队利用合成生物学技术在高附加值产品代谢工程、酶/蛋白质工程以及发酵工艺方面取得重要进展，相关成果陆续发表于International Journal of Biological Macromolecules（2024a、2024b）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2024a/b、2021）、Applied and Environmental Microbiology（2020a、2020b）、Molecular Catalysis（2022、2021）、Bioresource Technology（2018）等本领域权威期刊。
