异源整合辅助大肠杆菌代谢工程提升D-泛酸产量

本研究通过系统性代谢工程改造大肠杆菌，成功将D-泛酸（D-PA）产量提升至98.6 g/L。通过敲除副产物途径、增强底物转运、优化辅因子再生（NADPH/ATP）及引入异源5,10-亚甲基四氢叶酸（5,10-CH2-THF）供应模块，动态调控TCA循环关键酶，最终在两阶段补料发酵中实现0.44 g/g葡萄糖的产率，为微生物法工业化生产D-PA提供新策略。

亮点

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  通过中央碳代谢重编程消除副产物（乙酸、乳酸）积累
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  异源整合5,10-CH₂-THF合成模块增强限速酶KPHMT的甲基供体供应
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  动态调控异柠檬酸合成酶（ICL）和泛酸激酶（CoaA）平衡生长与产物合成
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  工程化NADPH再生与ATP循环途径提升辅因子可用性

菌株与质粒

本研究所用菌株与质粒详见表S1-S3。以大肠杆菌DH5α为克隆宿主，DPA11A为出发菌株，利用pTrc99a载体进行基因过表达，并通过Gibson组装法构建质粒。

通过中央碳代谢重编程评估D-PA生物合成瓶颈

为识别D-PA合成限制因素，在DPA11A中逐步敲除poxB（丙酮酸氧化酶）、pta-ackA（乙酸激酶途径）及ldhA（乳酸脱氢酶），获得DPZ01-DPZ03系列菌株（图2A）。摇瓶实验显示，副产物途径删除显著提升D-PA产量，但伴随生长速率下降，提示需平衡代谢通量与细胞活力。

讨论

细胞内复杂代谢网络及全局调控机制认知不足，制约了高性能D-PA生产菌株的理性设计。尽管近期代谢工程与发酵技术取得进展，工程化大肠杆菌仍存在碳通量分配失衡、辅因子限制及氧化应激等挑战。本研究通过异源整合与动态调控策略，为突破现有瓶颈提供新思路。