计算模型助力代谢工程方案设计
　　《自然-通讯》日前报道，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究者通过使用计算模型和基于CRISPR的基因编辑来修饰微生物，在高效生产目标化合物方面取得巨大成功。该方法可以极大地加快新的生物制造工艺的研发，并更快地获得高价值的生物基产品，例如可持续燃料和塑料替代品。
　　目前，该领域的许多科学家依靠反复试验来确定哪些基因修饰可以改善生产性能。此次，研究者使用计算机算法利用基于事实的实验数据来确定开启和关闭“宿主”微生物中的哪些基因，从而将生物体的能量聚焦到产生目标化合物。
　　该研究团队简化代谢重新连接过程，即“产品/底物配对”，使微生物的整个代谢过程始终与化合物的生产联系在一起。该团队利用一种有前途的新宿主进行测试，该宿主经过工程改造可以制造靛蓝（蓝色色素）。研究者评估了63种潜在的改造策略，确定其中只有一种在实验上是可实现的。按照计算预测，研究者进行了CRISPR干扰（CRISPRi）来阻止14个基因的表达，结果改造菌株产生了极高的靛蓝苷产量。
　　目前的代谢重排标准是一次靶向一个基因，此前只有一项代谢工程研究一次靶向了6种基因。该研究使用基于CRISPRi的强大工具极大提高了同时进行基因修饰的上限。该研究为使用计算优化方法设计提供示范，利用产品/底物的配对方法，可以通过合理设计大大减少商业规模生物制造流程所需的时间和成本。
　　相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19171-4
　　利用色氨酸生产泰紫色靛蓝染料
　　泰紫色靛蓝是一种从海螺中提取的古老染料，主要由6,6’-二溴靛蓝（6BrIG）组成。最近的研究发现泰紫色靛蓝是一种具有生物相容性的半导体材料。然而，由于其生物合成途径尚未明确，区域特异性溴化技术难度较大，泰紫色靛蓝的合成和使用都受到限制。
　　《自然-化学生物学》近日报道，韩国首尔国立大学研究者开发了一种在大肠杆菌中使用来自链霉菌（SttH）的色氨酸6—卤化酶、大肠杆菌tnaA基因编码色氨酸酶和来自甲基营养菌的单加氧酶来生产6BrIG的策略，从而为泰紫色靛蓝的合成开辟新的方向。
　　由于色氨酸卤化酶在大肠杆菌中以高度不溶的形式表达，黄素还原酶可再生为卤化酶反应的FADH2，因此被用作SttH的N端可溶性标记。研究者通过溴化和溴色氨酸降解的时空分离，设计了一个连续的双细胞反应系统，以过量生产区域特异性溴化6BrIG前驱体。该方法利用色氨酸生成315.0mgL-1 6BrIG，并成功合成了区域特异性二卤化靛蓝。此外，该研究还证明了过度增殖的6BrIG细胞可以直接用作细菌染料。
　　耐酸酵母模型有助指导工业有机酸生产
　　微生物可以从可再生生物质中生产许多平台化学品，有机酸是平台化学品中很重要的一类。但是，耐受低pH值生长条件的微生物是稀缺的，因此利用微生物进行有机酸工业化生产仍然是一个挑战。
　　据《代谢工程通讯》报道，在基因编辑和计算建模工具的帮助下，宾夕法尼亚州立大学、伊利诺伊大学香槟分校和普林斯顿大学研究人员组成的研究团队发现了一种对有机酸工业生产非常有潜力的宿主——Issatchenkia Orientalis SD108，它可以耐受低至pH 2.0的酸性条件。
　　为了系统地评估这种非模型酵母的代谢能力，研究者开发了这种酵母的基因组规模代谢模型——SD108，该模型包含了这种酵母的850个基因、1826个反应和1702个代谢产物。为了改善模型的定量预测，研究者通过实验确定并实施了特定的生物大分子组成和ATP维持要求。研究者分析了该酵母的网络拓扑结构，包括必需基因和通量耦合分析，并将其与酿酒酵母的Yeast 8.3模型进行了比较。研究探索了碳底物的利用，并通过OptKnock框架来鉴定将目标化学物质的生产与生物质生产相结合的基因敲除方案，从而评估生物体进行工业化生产琥珀酸的潜力。
　　基因组规模代谢模型iIsor850是一个数据支持的策划模型，可以为过度干预提供遗传干预信息。有了全面的基因组规模模型，研究者可以研究生物体生长速率和通量的情况，并且可以确定代谢系统中的关键反应，还可以添加新基因来制造新产品。
　　相关论文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214030120300481?via%3Dihub