Nature Catal（亮点）：体外环境高通量筛选优化异养和自养细菌的反β-氧化通路实现高选择性生物合成

纳米技术

2022-09-12

生物合成作为一种减碳合成技术能够缓解全球CO₂排放问题，其中厌氧微生物的Wood-Ljungdahl通路与反向β-氧化（r-BOX, reverse β-oxidation）结合是解决该问题的一种具有前景的方法。

近日，西北大学Michael C. Jewett、南佛罗里达大学Ramon Gonzalez、LanzaTech公司Michael Köpke等报道通过高通量体外原型工作流方法，通过不进行细胞提取的方式调节r-BOX鉴别出具有更好产物选择性的酶组，从而筛选了762个独特的通路。

将这些筛选的通路用于大肠杆菌（Escherichia coli ）能够选择性生成丁酸（4.9±0.1 g L^-1），己酸（3.06±0.03 g L^-1），己醇（1.0±0.1 g L^-1），性能是目前相关报道中使用这种细菌所得到的最好结果。此外，作者通过将通路用于自产醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)，能够从合成气出发生成己醇，在1.5 L容器中通过连续发酵的方式，产率达到0.26 g L^-1。这项研究能够用于生物制造和工业生物科技领域优化r-BOX衍生产物。由于这项研究的重要性，自然·催化的编辑Jan-Stefan Völler对该研究进行总结与评述。

本文要点

（1）

作者通过优化r-BOX通路的方式改善生成己醇、己酸、丁醇、丁酸的选择性，具体通过以往报道的体外模型（iPROBE）能够进行生物合成酶的快速筛选和优化，其中r-BOX通过首先生成硫解酶（thiolase），随后通过（hydroxyacyl-CoA dehydrogenase）、巴豆酸酶（crotonase）、反式烯酰辅酶A还原酶（trans-enoyl-CoA reductase）进行初产物的链增长，最后通过硫酯酶（thioesterase）完成链终结。作者通过对酶的不同同源进行筛选，实现了改善单一产物的选择性。

（2）

这项工作展示了通过体内与体外体系相结合的方式，能够改善反应体系的产物选择性。但是，需要注意的一点是，这种体内-体外直接结合可能不一定适用于其他代谢过程和生物体。

参考文献

Völler, JS. Correlating sustainable biosynthesis. Nat Catal 5, 466 (2022)

DOI: 10.1038/s41929-022-00815-1

https://www.nature.com/articles/s41929-022-00815-1

Vögeli, B., Schulz, L., Garg, S. et al. Cell-free prototyping enables implementation of optimized reverse β-oxidation pathways in heterotrophic and autotrophic bacteria. Nat Commun 13, 3058 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-30571-6

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30571-6