非细胞合成法在丙酮酸平台化合物合成与应用进

作者：张馨予

摘要

近日，华南理工大学郑穗平教授课题组在合成生物学领域国际知名期刊 ACS synthetic biology 在线发表了综述论文 Cell-Free Biosynthesis System: Methodology and Perspective of in Vitro Efficient Platform for Pyruvate Biosynthesis and Transformation，论文第一作者为唐士茗博士，通讯作者为郑穗平教授。

内容

在过去的几十年中，通过代谢工程对细胞内代谢途径进行改造，产生了许多具有高产各种目标产物能力的工程菌株。然而，有毒产品在胞内的积累、细胞膜屏障以及细胞生长和产品合成的碳通量之间的竞争阻碍了许多化学品的工业规模生产。近十年来，越来越多的科学家将目光瞄准了被称为“cell-free biosynthesis”的体外多酶催化方法，在这种方法中，完整产物合成途径所需的所有酶在宿主生物体如BL21(DE3)中表达,并在体外重建目标产物的合成途径。与胞内代谢相比，这种方式免去了细胞膜的屏障，解决了碳通量不平衡的问题，方便的实时监控和过程控制，并在积累有毒产物方面具有明显优势。

这篇综述的第一部分详细介绍了非细胞生物合成系统的优缺点，并以丙酮酸平台化合物为例，系统总结了非细胞合成法在丙酮酸平台化合物合成和应用中的成功案例。综述的第二部分侧重介绍非细胞生物合成系统的方法学流程，包括途径设计，酶的挖掘，酶的改造，多酶组装，和途径优化。值得注意的是，该综述着重介绍了机器学习在方法学工作流中的应用案例，包括机器学习辅助的途径设计、机器学习辅助的酶改造和机器学习辅助的途径优化，这有助于大大缩短Design-build-test-learn周期并降低化学品的合成成本。

该论文工作得到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项（2018YFA0901700）、国家自然科学基金（31671840）的资助。