122-97-4 / 天大趙廣榮等采用逆生物合成方法在大腸桿菌中重構3-苯丙醇代謝途徑

3-苯丙醇帶有風信子和木犀草的香氣，具有重要的應用價值。作為可食用的香料添加劑成分，3-苯丙醇廣泛應用于食品、飲料和化妝品等領域中，同時，3-苯丙醇還參與藥物、涂層、樹脂等的制備，凸顯出巨大的應用潛力。

天津大學合成生物學團隊趙廣榮教授課題組近期在Microbial Cell Factories上發表論文“Metabolic engineering ofEscherichia colifor de novo production of 3?phenylpropanol via retrobiosynthesis approach”，通過逆生物合成分析方法重新設計了3-苯丙醇的生物合成途徑，結合代謝工程優化策略，實現了3-苯丙醇在大腸桿菌中的高效從頭合成。

該研究通過RetroPath 2.0進行在線逆生物合成分析，設計出一條催化L-苯丙氨酸合成3-苯丙醇的途徑，此途徑包括苯丙氨酸解氨酶PAL、烯酸還原酶ER、羧酸還原酶CAR及其激活蛋白PPTase、以及內源醛酮還原酶AKR或乙醇脫氫酶ADH。分別比較了5種、3種和5種不同來源的CAR、PPTase和PAL，確定了由AtPAL2、CaER、SruCAR和EcPPTase組成的最優重組途徑，途徑中CaER的引入使C=C雙鍵還原節點的限速被解除，能夠催化L-苯丙氨酸合成365.59 mg/L 3-苯丙醇。改造L-苯丙氨酸合成底盤，對能夠增加前體PEP供給和解除負調控的基因進行敲除，共構建6株不同敲除組合的底盤菌株，將3-苯丙醇重組途徑引入各底盤中測試，ptsG、pykA和pykF三敲除底盤與重組途徑適配性最佳，可由葡萄糖合成473.75 mg/L 3-苯丙醇。優化途徑基因的表達強度和發酵條件后，大腸桿菌能夠利用葡萄糖-甘油混合碳源合成847.79 mg/L 3-苯丙醇。

該研究通過逆生物合成分析設計了3-苯丙醇合成途徑，結合代謝工程改造，實現了目前微生物合成3-苯丙醇的最高產量，也為微生物合成其他高附加值產品的途徑設計和工程改造提供了參考。