近期，我校生物工程学院刘立明教授团队在人工甲基营养菌构建及生长机制解析方面取得重要进展，研究成果以 “A synthetic methylotroph achieves accelerated cell growth by alleviating transcription-replication conflicts” 为题发表于Nature Communications（IF=14.7）（https://doi.org/10.1038/s41467-024-55502-5）。
甲醇作为重要一碳化合物，因价格低廉且还原度高等优势而成为最具工业应用潜力的原料。近年来，利用合成生物学技术构建能够利用甲醇的微生物以实现细胞生长和化学品生产成为研究的热点。然而，甲醇同化路径效率低以及微生物无法高效同化甲醇是目前甲醇利用的主要瓶颈限制。微生物高效利用甲醇生长与化学品生产，可有效推动碳中和与碳循环经济的发展。
针对上述问题，江南大学生物工程学院刘立明教授课题组首先设计并构建无需能量和还原力且无碳损耗的新型甲醇同化路径—SMA路径，该菌株倍增时间为56.1h. 在此基础上，通过理性设计结合所开发的适应性进化策略—GTMS-ALE，获得了能利用甲醇作为唯一碳源生长的甲基营养型E. coli，倍增时间缩短为4.5 h。通过基因组和转录组测序分析挖掘到关键靶基因TOPAI调控EcTopoI与RNAPS解偶联，造成DNA过度负超螺旋化使得R-loops大量积累导致倍增时间延长的新机制。
论文通讯作者为刘立明教授，第一作者为2020级博士研究生孟欣。该团队在江苏省前沿引领项目和国家自然科学基金重点项目的资助下，构建了一系列能利用二氧化碳、甲酸为原料高效生产精细化学品的负碳微生物细胞工厂，部分成果已发表在Nature Catalysis (2021, 2020)、Nature Communications (2024, 2022, 2021, 2019, 2018)、Angewandte Chemie International Edition (2024, 2023, 2022)、Metabolic Engineering (2023)等本领域权威期刊。
图1：人工甲基营养菌的构建以及生长新机制解析示意图
