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遇见·摘要
系统代谢与合成生物工程融合多学科技术，打造出高效微生物细胞工厂，推动了医药、化学品和材料的绿色低碳可持续生产。微生物高效细胞工厂在生长代谢过程中，其代谢调控是动态变化的，动态调控也是微生物高产抗逆过程中普遍存在的机制和策略。葡萄糖作为重要的碳源之一，细胞摄取葡萄糖也是其物质能量代谢的第一步，对其实时监测和调控尤为重要，但目前缺乏监测与调控葡萄糖摄入细胞速率的技术或方法。
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所张大伟团队在《Nature Chemical Engineering》发文：“Monitoring and dynamically controlling glucose uptake rate and central metabolism”。在监测和动态调控葡萄糖摄取率和中心代谢方面取得重要进展。
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遇见·内容
在大肠杆菌中，葡萄糖吸收一般通过PTS系统，通过EⅡBC通道将葡萄糖运输至胞内， Mlc蛋白等一同进行参与葡萄糖摄取过程，本研究进一步解析了细胞摄取葡萄糖后， Mlc和EⅡB的结合及其作用机制。基于此调控机制，研究团队开发了实时响应葡萄糖摄取速率的生物传感器（GURBs），通过优化ptsG启动子，成功建立了葡萄糖摄取速率与响应信号GFP之间的关系（图1），并建立了对葡萄糖摄取速率和中央代谢流进行正负调节的遗传回路。GURBs的性能和灵敏度通过不同实验设计在不同条件下得到了验证。葡萄糖监控生物传感器在氨基酸、维生素、有机酸生产菌株中进行了应用。通过动态调控中央代谢途径的代谢流，成功减少了副产物的生成，并显著提高了目标代谢物的产量（图2）。
传统工程微生物菌株改造后，常出现代谢通量失衡，影响细胞生长和副产物积累等问题。本研究开发的响应葡萄糖摄取速率的双功能遗传回路，是智能的合成生物学工具，能动态优化代谢途径，高效合成目标产物。未来，可整合多种生物传感元件，全方位调控复杂代谢网络，从而开发高效生产目标化学品的微生物细胞工厂。
天津工业生物技术研究所博士后丁冬芹和科研助理朱亚如为共同第一作者。中国工程院外籍院士/韩国科学技术院Sang Yup Lee教授与天津工业生物所/天津科技大学生物工程学院张大伟研究员为共同通讯作者。本项目获得国家重点研发计划，国家杰出青年科学基金，天津市合成生物提升行动等项目资助。
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遇见·致谢
感谢张大伟研究员课题组对本号的支持，感谢该课题组提供本文稿件支持！
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遇见·往期
