BioVector? 高產FPP法尼基焦磷酸, GGPP牻牛兒牻牛兒基焦磷酸, IPP異戊烯基焦磷酸, DMAPP二甲基烯丙基焦磷酸的質粒菌株

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概述

FPP (法尼基焦磷酸)、GGPP (牻牛兒牻牛兒基焦磷酸)、IPP (異戊烯基焦磷酸) 和 DMAPP (二甲基烯丙基焦磷酸) 是一類重要的異戊烯類化合物，是眾多萜類化合物生物合成的前體。通過構建高產這些前體物質的質粒菌株，可以為合成生物學、藥物化學等領域提供豐富的原料。

質粒菌株的設計與構建

• 關鍵基因的克隆與優化:

  • MEP 途徑基因: 異戊烯焦磷酸生物合成途徑中的關鍵基因，如DXS、DXR、IDI等。

  • MVA 途徑基因: 甲羥戊酸途徑中的關鍵基因，如HMGCR、MK、MVK等。

  • 萜烯合成酶: 催化IPP和DMAPP聚合成FPP、GGPP等分子的酶。

  • 啟動子與終止子: 選擇強啟動子（如T7、tac）和高效終止子，以提高目標基因的表達水平。

  • 拷貝數控制: 通過調整復制起點或引入拷貝數控制元件，控制質粒的拷貝數。

• 基因組整合: 將異源基因整合到宿主菌的基因組中，以提高基因的穩定性。

• 代謝通量優化: 通過調節關鍵酶的表達水平、優化培養基組成和培養條件，提高目標產物的產量。

質粒菌株的應用

• 萜類化合物合成: 以FPP、GGPP等為前體，合成各種結構復雜的萜類化合物，如萜烯、萜醇、萜烯酮等。

• 香料與香精: 生產具有天然香味的萜類化合物，應用于食品、化妝品等行業。

• 藥物合成: 合成具有藥理活性的萜類化合物，用于治療癌癥、炎癥等疾病。

• 生物燃料: 生產萜烯類生物燃料，如異戊二烯。

實例：大腸桿菌高產FPP菌株的構建

大腸桿菌高產FPP菌株構建示意圖

• 策略: 過表達MEP途徑關鍵基因，同時敲除競爭性途徑的基因。

• 結果: 大大提高了細胞內FPP的含量，為下游萜烯合成提供了充足的底物。

影響產量的因素

• 宿主菌的選擇: 大腸桿菌、酵母等是常用的宿主菌。

• 質粒的穩定性: 質粒的丟失會影響產物的穩定生產。

• 培養條件: 溫度、pH、通氣等條件會影響細胞生長和產物合成。

• 代謝負荷: 過表達異源基因可能導致細胞代謝負擔過重，影響生長。

未來展望

• 基因組編輯技術: CRISPR-Cas9等技術可用于精確調控基因表達，提高菌株的工程化效率。

• 合成生物學工具: 利用標準化生物部件和自動化合成平臺，加速菌株的構建和優化。

• 高通量篩選: 開發高通量篩選方法，快速篩選高產菌株。

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