由代谢网络分析发现菌种代谢工程改造新策略
袁倩倩1，2，3，李斐然1，2，3，罗浩3，马红武3，赵学明1，2【摘要】摘要：微生物菌种需要经过一系列代谢工程改造才能实现高产特定产品，而经过二十多年的研究积累，应用传统代谢工程方法通过局部途径分析发现菌种改造策略遇到严重瓶颈，急需从新的角度进行分析以发现新的改造策略。本文结合本实验室已有工作以及文献报道的实例，阐述了应用代谢网络模型分析发现产品合成新途径进而指导代谢工程菌种改造方面的研究进展。本文总结了代谢网络模型的构建方法及应用代谢网络模型进行途径预测的常用方法，将已有的模型指导代谢途径改造的策略总结为两类，即模型指导的产品从无到有和从有到优的改造策略，并结合实例分别对这两类策略进行详细阐述。同时本文阐述了目前利用代谢网络模型进行途经预测中存在的问题，并且针对这些问题提出了一些可行的解决方案。【期刊名称】化工进展【年卷期】2017036012【总页数】9【关键词】代谢；生物工程；模型；优化设计【文献来源】httpswwwzha
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1991年BAILEY1在“Scie
ce”发表文章，首次提出代谢工程这一概念。代谢工程利用多基因重组技术对细胞代谢途径进行有目的的改造，从而改善细胞的代谢特性，实现高效生产特定目标产物2。然而由于技术的局限性，传统代谢工程一般只对产品合成相关的局部代谢网络进行分析改造，如对产品合成途
f径相关基因进行过表达、对竞争途径进行敲除以及解除产物抑制等。但是经过二十多年的研究积累，目前仅通过局部代谢网络设计，或者仅通过经验分析得到的改造策略大部分都已有人研究过，有效的操作靶点也已经被专利保护，还有一大部分改造策略未达到预期效果，因此需要从新的角度出发寻找新的改造策略。随着基因组测序技术的快速发展，完成全基因组测序的生物越来越多，而由基因组构建细胞全局规模的代谢网络模型正成为一种对细胞生理特性进行分析的有力工具。基于基因组规模代谢网络模型（ge
omescalemetabolic
etworks，GEMs），通过理性途径设计方法从更大网络角度寻找新的代谢工程改造策略越来越受到重视。这也正是合成生物学的核心思想，即从理性设计角度设计新的生物学系统以及对已有的生物系统进行重设计从而使其为人类所服务。基因组尺度代谢网络模型只需要基于反应计量关系和质量平衡方程就可以建模，不需要调控信息以及酶动力学信息等复杂数据，因此比r