与生长相关的微生物生物合成过程：动物色素黄质色素的生成

《Nature Biotechnology》：Growth-coupled microbial biosynthesis of the animal pigment xanthommatin

异源合成复杂天然产物面临初始产量低和迭代优化耗资源问题。本研究提出基于脱羧副产物C1再生驱动细菌生长的耦合策略，在假单胞菌脱羧缺陷株中实现xanthommatin克级生产。通过构建反馈循环系统，将产物合成与菌体生长动态耦合，有效解决C1前体不足瓶颈，为天然产物工程提供新范式。

　　

摘要

在细菌中工程化异源天然产物合成途径已取得显著进展，但大多数方法存在初始产量较低的问题，这需要大量资源和反复的菌株优化。黄质色素（Xanthommatin）是一种结构复杂、能够改变颜色的动物色素，具有材料和化妆品应用价值，然而在微生物细胞工厂中对其进行生产一直颇具挑战性。在这里，我们提出了一种生长耦合的生物合成策略，该策略包含一个反馈回路：通过切除的一个碳（C1）基团来驱动细菌生长，同时促进目标化合物的生物合成。这种通用且易于实施的策略已在土壤细菌Pseudomonas putida的5,10-亚甲基四氢叶酸营养缺陷型菌株中得到了验证。在该设计中，黄质色素生产过程中释放的甲酸能够缓解C1缺乏问题，从而有效地将细菌生长与色素合成联系起来。通过适应性实验室进化，我们实现了从葡萄糖出发的大规模黄质色素生物合成，证明了C1补充作为一种通用的生物合成方法，可以加速细菌中天然产物合成的工程化进程。