非细胞代谢工程（CFME）利用溶菌产物催化葡糖糖生成2，3－丁二醇

人类成功利用其他物种的代谢产物已有上千年历史，最为古老且典型的例子就是利用酵母和细菌来发酵食物以及从植物中提取药物。近年来，由于技术的进展，我们能对活细胞进行遗传和发酵过程优化从而生产化学品、材料或者合成药物。尽管许多微生物代谢工厂已被成功建立，但从这种方式来大量生产新型目标产物仍然时耗时和耗力的，需要克服产量低、代谢中间产物毒性、副产物途径竞争等困难，因此激发大量研究人员寻找新方法来更为高效的合成目标产物。随后，合成生物领域的非细胞代谢工程（Cell-free metabolic engineering, CFME）被提出，它是指通过培养细胞来纯化酶或者提取细胞粗溶解物来催化生产目标产物。非细胞代谢工程将催化剂的合成（细胞生长）与催化剂的利用（代谢物的合成）两过程分开，CFME概念明显异于传统的依赖于细胞反应器概念，CFME在过去十多年里已作为一种强有力的平台来了解、治理和扩大已有的生物学系统。

近日，有研究者利用非细胞代谢工程将大肠杆菌粗溶菌物用于催化长代谢途径。2,3－丁二醇是一广泛被用于墨水、香水、树脂和聚合物等生产上的大宗化学品，2,3-丁二醇能以丙酮酸为前体，在有辅因子存在下，能通过三步反应生成，大肠杆菌天然不合成2，3-丁二醇，但已有许多外源表达2,3-丁二醇的途径已经在其他细菌中被证实。基于此，研究者利用传统的分子克隆和蛋白质表达技术在大肠杆菌中表达异源的从丙酮酸合成2,3-丁二醇的途径，他们利用这种大肠杆菌大量制备粗溶菌物，而这些粗溶菌物含有能将葡萄糖催化为生成2,3-丁二醇的所有酶。将溶菌物与盐、辅因子以及葡萄糖结合，发现溶菌物能成功将葡萄糖转化为丙酮酸，而过表达的酶能继续将丙酮酸转化为2,3-丁二醇。随后作者又研究了主导该系统反应的主要因素，发现是底物葡萄糖的消耗伴随反应的终止，于是研究者分批补加了葡萄糖，以此延伸反应时间，实现2,3-丁二醇产量达到82g/L的浓度以及2.7g/L/h 的生产力。

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