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本文围绕鞘氨醇聚糖（Sphingans）展开，阐述其化学结构与合成途径，探讨经经典诱变、高通量筛选及底盘细胞构建获取高性能菌株的可行性，还聚焦基于代谢工程和合成生物学策略实现其高效合成与定制化，极具科研价值。
鞘氨醇聚糖概述
鞘氨醇聚糖是一类由鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）合成的天然微生物多糖，像结冷胶（gellan）、威兰胶（welan）、鼠李胶（rhamsan）、迪特胶（diutan）、S - 88、S - 7 等都属于鞘氨醇聚糖。它因生产周期短、理化性质独特、安全无毒，在工业生产和日常生活中用途广泛，可作为微生物絮凝剂、驱油剂、食品添加剂、抗癌药物、包装材料等。
随着对微生物多糖生物合成途径及相关基因研究的深入，多糖合成代谢工程取得重要进展。微生物多糖合成主要目标为提高产量和修饰结构。提高产量能提升效率、降低成本，但鞘氨醇聚糖代谢途径复杂，传统调控策略常引发不良代谢表型，比如基因过表达可能使有毒中间代谢产物积累，而下调或敲除基因又可能导致细胞生长必需代谢产物缺乏。通过代谢工程修饰多糖结构，可改变其理化性质和生物活性，在工业、医学等领域更具应用价值，像鞘氨醇聚糖寡糖及其衍生物就备受关注 。
合成生物学的快速发展让多种遗传工程技术、代谢工程方法和工程拼接组装技术走向成熟。这使得研究者能根据需求设计代谢合成途径，利用微生物细胞生产目标产品。尽管鞘氨醇单胞菌的研究背景不如模式菌株深入，但合成生物学的进展凸显了将这些技术应用于鞘氨醇聚糖生物合成的优势和必要性。
鞘氨醇聚糖的化学结构
鞘氨醇聚糖主要是酸性杂多糖，结构相似又有差异。其主链多由四糖构建块组成，包含两个葡萄糖单元、一个鼠李糖和一个葡萄糖醛酸，结构可表示为 [→4)-α-L-Rha-(1→3)-β-D-Glc (1→4)-β-D-GlcA (1→4)-β-D-Glc (→1]，不断重复。侧链的类型和位置差异很大，这是鞘氨醇聚糖多样性的重要体现。
鞘氨醇聚糖的合成途径和关键基因簇
鞘氨醇聚糖的生物合成途径主要有三个部分：一是细胞内核苷酸前体的合成；二是四糖重复单元在内膜的组装与连接；三是重复单元转移到周质空间进行聚合，之后穿过外膜输出。
突变育种
原始菌株存在底物转化效率低、副产物生成多、抗逆性差等问题，限制了产量提升。突变育种技术作为基因突变技术的一种，通常用物理或化学方法对原始菌株进行单次或多次诱变处理，目的是获得具有优良性状的突变菌株。
基于代谢工程策略的鞘氨醇聚糖高效合成
21 世纪以来，合成生物学成为设计和改造生物系统的有力技术手段，融合了遗传工程、代谢工程和系统生物学等多个领域。代谢工程更是优化代谢途径合成目标产物的强大工具，已成功实现多种天然化合物的微生物合成。在鞘氨醇聚糖合成中，代谢工程可通过调节相关代谢途径，提升其合成效率。例如利用基因组代谢网络模型（GSMM）、CRISPR 等高效工具，精准调控基因表达，优化代谢流，减少不必要的代谢支路，让细胞代谢更多地流向鞘氨醇聚糖的合成方向，从而提高产量。
鞘氨醇聚糖的定制化合成
如今对功能性多糖的需求促使人们探索更多种类的多糖，这激发了生物技术领域的广泛关注。除了常规的遗传工程技术，糖基转移酶蛋白工程通过结构域交换，增加糖供体和受体的多样性，有望大幅拓展多糖变体种类。通过精准的基因工程手段，还能实现对鞘氨醇聚糖分子量的调控和可控取代基修饰。比如改变参与聚合过程的关键酶活性或表达量，调控鞘氨醇聚糖的聚合度，获得不同分子量的产品；对侧链取代基进行修饰，赋予鞘氨醇聚糖新的功能特性，满足不同应用场景的需求。
鞘氨醇聚糖的应用前景
鞘氨醇聚糖是极具潜力的天然微生物胞外多糖（EPS），无毒无害。因其出色的凝胶特性和独特理化性质，可作为凝胶剂、稳定剂、增稠剂、成膜剂，在食品、医疗、化工等众多工业领域都有广泛应用。目前，在商业开发方面，结冷胶和威兰胶是较为成功的鞘氨醇聚糖类型。
展望
随着应用领域不断拓展和消费者需求增加，安全高效生产鞘氨醇聚糖的商业潜力巨大。近几十年，鞘氨醇聚糖的研发取得显著进展。未来研究可进一步深入挖掘鞘氨醇聚糖的生物合成机制，优化现有合成策略，解决目前面临的生产效率、产品质量一致性等问题，开发更多具有特殊功能的鞘氨醇聚糖产品，推动其在更多领域的应用。
