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细胞工厂的构建理念

2021.11.25

细胞工厂的设计通常是以产品的高效生产为理念,并在此过程中是遵循以下五大准则:

(ⅰ) 构建一条由原料到产品的最优合成途径;

(ⅱ) 平衡代谢途径中每步反应的代谢流,使该途径代谢通量远高于细胞基础代谢;

(ⅲ) 足量地供应合成途径的前体,多个前体根据需要调整供应比例;

(ⅳ) 酶促反应往往有各种辅因子的参与,顺畅的代谢通路需要平衡或者再生各种辅因子;

(ⅴ) 通过遗传改造或者工艺改进解除产物和代谢中间体的反馈抑制,以获取更高的产量。

除此之外,构建细胞工厂还需要许多合成生物学领域的技术支撑:

(ⅰ) 基因组编辑技术:基因组编辑技术是细胞工厂代谢途径构建及优化的重要技术,即基因表达强度调控、基因整合、基因敲除等。

(ⅱ) 多基因同时调控技术:通常情况下,产物合成的效率并不是单一因素的影响的,而是在多重因素的共同作用下对其进行调控。

(ⅲ) 基因动态调控技术:根据选定的某种细胞体内代谢信号自动调节特定基因的表达,从而维持代谢途径的动态平衡,达到提高产品合成能力的目标。

(ⅳ) 蛋白骨架技术:通过人工合成的蛋白骨架,使酶以特定位置和序列附着在骨架上,可以控制代谢途径中酶的空间位置,从而使合成途径相邻的酶聚集在物理空间比较近的区域,使底物和酶距离接近,提高生化反应的速率。

(ⅴ) 高通量筛选技术:使用各种高通量组学分析技术可以解析细胞性能提升的遗传机制,并可用于新一轮细胞工厂的构建。


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