通过计算机辅助代谢工程在 Saccharomyces cerevisiae 中生产 2,3-丁二醇

背景：2,3-丁二醇因其广泛的应用而日益受到关注。它可以通过 Enterobacter aerogenes 和 Klebsiella oxytoca 等致病菌的混合酸发酵来合成。非致病性的 Saccharomyces cerevisiae 具有三种不同的 2,3-丁二醇生物合成途径，但产生的 2,3-丁二醇量极微。因此，我们尝试改造 S. cerevisiae 菌株以提高 2,3-丁二醇的产量。结果：我们首先通过计算机模拟全基因组尺度代谢分析确定了基因缺失策略。基于需要破坏醇脱氢酶（ADH）途径的最佳计算机模拟策略，我们随后构建了基因缺失突变菌株并对这些菌株进行了分批培养。在微需氧条件下，缺失三种 ADH 基因（ADH1、ADH3 和 ADH5）使 2,3-丁二醇的产量提高了 55 倍。然而，在该三重缺失菌株中观察到了甘油的过量产生。通过缺失 GPD2 来减少甘油生成的额外理性设计将碳通量重新导回乙醇，并显著降低了 2,3-丁二醇的产量。在缺乏主要 ADH 同工酶的菌株中缺失 ALD6 减少了乙酸的产生，但并不利于 2,3-丁二醇的生成。最后，我们将来自 Bacillus subtilis 和 E. aerogenes 的 2,3-丁二醇生物合成途径引入工程菌株，并成功提高了效价和得率。在厌氧条件下，Δadh1 Δadh3 Δadh5 菌株实现了最高的 2,3-丁二醇效价（2.29 . l-1）和得率（0.113 g . g-1）。结论：在计算机辅助代谢工程的帮助下，我们成功设计并构建了具有更高 2,3-丁二醇产量的 S. cerevisiae 菌株。