西亞試劑：基因表達(dá)精確調(diào)控技術(shù)方面獲進(jìn)展

基因表達(dá)精確調(diào)控技術(shù)是代謝工程和合成生物學(xué)的核心技術(shù)之一，對(duì)優(yōu)化目標(biāo)產(chǎn)品合成途徑的效率，提高人工合成細(xì)胞的生產(chǎn)能力起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的提高目標(biāo)產(chǎn)品合成能力的策略是采用質(zhì)粒過(guò)表達(dá)的方法對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，然而這種方法有許多弊端：1）需要添加IPTG和阿拉伯糖等昂貴的誘導(dǎo)劑來(lái)進(jìn)行誘導(dǎo)；2）質(zhì)粒的維持對(duì)宿主細(xì)胞會(huì)造成很大的代謝負(fù)荷；3）很多質(zhì)粒的遺傳穩(wěn)定性不好；4）很多化合物的生產(chǎn)需要在細(xì)胞中構(gòu)建出一條復(fù)雜的合成途徑，因此需要引入包含多個(gè)基因的長(zhǎng)DNA片段，而大部分質(zhì)粒都比較難攜帶長(zhǎng)DNA片段；5）為了使微生物合成目標(biāo)產(chǎn)品的代謝流達(dá)到最大，必須精確控制合成途徑中各個(gè)基因的表達(dá)強(qiáng)度，使它們達(dá)到協(xié)同表達(dá)的狀態(tài)。

目前廣泛使用的誘導(dǎo)型啟動(dòng)子其強(qiáng)度都是固定的，不能滿(mǎn)足精確調(diào)控基因表達(dá)強(qiáng)度的需求。通過(guò)使用具有不同表達(dá)強(qiáng)度的人工調(diào)控元件，直接在染色體上對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行精確調(diào)控，可以很好地解決上述質(zhì)粒過(guò)表達(dá)的問(wèn)題。

中國(guó)科學(xué)院天津研究所張學(xué)禮研究員領(lǐng)導(dǎo)的微生物代謝工程研究組通過(guò)Red重組技術(shù)，在大腸桿菌的染色體上分別構(gòu)建了啟動(dòng)子、信使RNA穩(wěn)定區(qū)和核糖體結(jié)合位點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)控元件庫(kù)，并精確定量了文庫(kù)中每個(gè)元件的強(qiáng)度。研究人員最終獲得一個(gè)包含400個(gè)調(diào)控元件的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)，元件的強(qiáng)度差異達(dá)到4個(gè)數(shù)量級(jí)。在此基礎(chǔ)上，他們開(kāi)發(fā)了一步法基因表達(dá)精確調(diào)控技術(shù)，可以使用一對(duì)通用引物，快速高效地將待調(diào)控的基因表達(dá)替換為各種強(qiáng)度。該研究已經(jīng)申請(qǐng)了一項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利。

張學(xué)禮研究組使用該技術(shù)，優(yōu)化了非PTS葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。通過(guò)對(duì)galP和glk的基因表達(dá)的組合精確調(diào)控，篩選出一個(gè)最佳的調(diào)控強(qiáng)度組合，使大腸桿菌的生長(zhǎng)速率提高了4倍，葡萄糖消耗速率提高了10倍，并有效地提高了丁二酸合成關(guān)鍵前體磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的供給，為丁二酸合成途徑的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)