重要芳香族化合物生物傳感器設計合成及應用取得進展

　　芳香族化合物應用廣泛，3-脫氫莽草酸（DHS）作為芳香族化合物的重要起始前體，是化工與藥物合成的重要原料。針對目前化學合成法的環境污染問題，通過構建微生物細胞工廠，實現生物制造生產DHS和芳香族化合物是一種創新、綠色、可持續發展的工業路線。由于3-脫氫莽草酸化合物本身無色，且缺少有效的顯色反應，其檢測通常主要基于HPLC或質譜等低通量方法，因此如何建立一套3-脫氫莽草酸及菌株高通量檢測篩選方法成為快速獲得高產量、高轉化率3-脫氫莽草酸及其衍生轉化的芳香族化合物微生物細胞工廠的關鍵。基因編碼的生物傳感器能夠特異性識別細胞內的小分子物質并轉化為可識別的表型（如熒光信號等），并通過結合高通量篩選裝置建立相應的小分子物質高通量篩選技術，可以為挖掘和改造獲得性能優異的微生物細胞工廠提供重要保障。

　　近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員王欽宏帶領的進化與代謝工程研究團隊在前期研究基礎上，開發了一種基于轉錄組輔助的代謝物感應（transcriptome-assisted metabolite-sensing，TAMES）策略來高效挖掘代謝物的感應元件，并通過建立基于感應元件的生物傳感器，將細胞內的小分子代謝物轉化為可識別的表型（熒光信號等）用于小分子代謝物的高通量篩選。研究人員通過TAMES策略，對選擇性條件下的DHS生產菌和非生產菌株之間的轉錄組數據進行分析和RT-qRCR評估，成功地縮小候選感應元件范圍，高效鑒定出可響應目標代謝物DHS的感應元件CusR；并進一步構建了基于CusR的生物傳感器和基于該生物傳感器的DHS高通量篩選平臺，在數月內將DHS產量提高了90％以上。

　　在此基礎上，又進一步通過多位點組合代謝調控，重點改善代謝物的碳流量分配，提高DHS轉化率超過35%，產量超過100g/L。同時，通過激活細胞內沉默酪氨酸氧化酶活性以及解除底物反饋抑制作用，成功打通了3-脫氫莽草酸到左旋多巴的生物合成路線，左旋多巴產量超過70g/L。

　　上述研究得到中科院科技服務網絡計劃、天津市科技計劃項目、中科院重點部署項目等資助，研究成果已申請近10項發明ZL，部分相關成果已發表于ACS synthetic biology。天津工生所碩士生李梁坡為論文第一作者，副研究員涂然和研究員王欽宏為共同通訊作者。