综述：外排蛋白及其工程改造对棒状杆菌生产力的影响

这篇综述深入探讨了外排蛋白在棒状杆菌（Corynebacterium）生物生产中的关键作用，系统总结了代谢物外排机制（如机械敏感通道MscCG和多重耐药转运体MFS）的工程策略，并强调了分子动力学模拟（MD）和机器学习（ML）在优化转运体功能中的应用，为突破发酵工程中膜运输瓶颈提供了新思路。

　　

外排蛋白在棒状杆菌生物生产中的作用

棒状杆菌作为工业微生物的明星代表，其代谢产物如L-谷氨酸（Glu）和L-赖氨酸（Lys）的年需求量高达数百万吨。然而，代谢产物的高效外排始终是限制发酵效率的关键瓶颈。本文聚焦棒状杆菌的外排机制，揭示了一系列突破性发现：

机械敏感通道的工程革命
谷氨酸的分泌主要依赖机械敏感通道MscCG（NCgl1221），其独特的低膜张力激活特性（~5.5 mN/m）使其成为理想的代谢物出口。研究发现，MscCG的C端结构域决定其"易开难闭"的特性，而功能获得性突变（如G64E）能显著提升转运效率。更令人振奋的是，改造后的MscCG2通过扩大胞内门户和减少负电荷，使谷氨酸外排效率提升40%。

特异性转运体的精准调控
赖氨酸外排蛋白LysE的发现开启了微生物氨基酸转运研究的先河。尽管工业菌株中LysE的天然表达已足够支持生产，但新型转运体MglE（来自牛肠道微生物组）的引入仍使产量提升9.5%。类似地，苏氨酸依赖ThrE家族转运体，而过表达大肠杆菌的rhtA/rhtC可使产量激增39%。

多重耐药转运体的意外贡献
当目标代谢物缺乏已知转运体时，多重耐药转运体展现出惊人潜力。例如，MFS家族转运体Cs0286通过增强跨膜螺旋相互作用（如TM1-TM4/TM6），显著提升核苷酸IMP的产量。分子动力学模拟揭示，其G64E突变通过捕获底物结合位点（Q65）加速释放，印证了"降低底物亲和力可提升转运速率"的理论。

计算生物学的前沿应用
分子动力学（MD）模拟技术正成为转运体改造的利器。对AcrB转运体的模拟重现了"旋转门"机制，而MdfA的质子驱动"摇椅开关"模型为理性设计提供蓝图。AlphaFold2预测的结构与MD联用，成功指导了MmpL4/5结核杆菌转运体的改造。机器学习（ML）则通过分析生长动力学参数，优化了发酵工艺。

未来展望
尽管外排工程仍面临预测精度不足等挑战，整合结构生物学、计算模拟和自动化DBTL（设计-构建-测试-学习）循环的策略，将推动新一代高产菌株的开发。特别值得关注的是：

1. 机械敏感通道的孔径工程拓展底物范围
2. 多重耐药转运体库的高通量筛选
3. 跨膜螺旋相互作用的能量优化原则
   这些突破将为生物制造打开新的效率边界。