通过逆向生物合成扩展生物合成途径

KAIST代谢工程师首次展示了多种短链伯胺的生物基生产，这在化学工业中具有广泛的应用。化学和生物分子工程学系的杰出教授Sang Yup Lee领导的研究小组通过结合逆向生物合成和前体选择步骤，设计了短链伯胺的新型生物合成途径。

研究小组通过确认通过供应前体在体内产生10种短链伯胺来验证新设计的途径。此外，对平台大肠杆菌菌株进行了代谢工程改造，以从葡萄糖中产生三种概念验证的短链伯胺，证明了可再生资源以生物为基础生产各种短链伯胺的可能性。研究小组表示，这项研究扩展了系统设计用于生产一组相关化学品的生物合成途径的策略，如多种短链伯胺所证明的那样。

当前，我们日常生活中使用的大多数工业化学品都是使用石油基产品生产的。但是，石油工业存在一些严重问题，例如化石燃料储备的枯竭和环境问题包括全球变暖。为了解决这些问题，人们正在探索以微生物作为细胞工厂和以可再生的非食品生物质为原料来替代石油基产品的工业化学品和材料的可持续生产。在系统代谢工程的帮助下，对这些微生物的工程改造变得越来越有效，这是一种对生物体的代谢进行改造以产生所需代谢产物的实践。在这方面，使用生物质作为原料生产的化学药品的数量已大大增加。

尽管利用微生物可生产的化学物质的范围随着系统代谢工程学的发展而继续扩大，但是尽管短链伯胺具有工业重要性，但尚未报道其生物学生产方法。短链伯胺是指在氨气中具有一个烷基或芳基取代氢原子的化学物质，碳链长度范围为C1至C7。短链伯胺在化学工业中具有广泛的应用，例如，用作药物(例如抗糖尿病药和降压药)，农药(例如除草剂，杀真菌剂和杀虫剂)，溶剂和橡胶的硫化促进剂的前体和增塑剂。短链伯胺的市场规模在2014年估计超过40亿美元。

短链伯胺尚无法进行生物基生产的主要原因是由于其未知的生物合成途径。因此，该团队通过结合逆向生物合成和前体选择步骤，为短链伯胺设计了合成生物合成途径。逆向生物合成通过使用一组生化反应规则对短链伯胺的生物合成途径进行系统设计，该规则描述了原子级底物与产物分子之间的化学转化方式。

通过使用有效代谢工程实验的前体选择步骤，依次缩小了预测每种短链伯胺可能进行生物合成的多种前体。

“我们的研究首次证明了短链伯胺可再生生产的可能性。我们正计划提高短链伯胺的生产效率。我们相信我们的研究将在可持续性发展中发挥重要作用。环保的生物基产业和化学工业的重组，这对于解决威胁人类生存的环境问题是必不可少的。”

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