综述：计算策略增强微生物维生素B12生物合成潜力

这篇综述系统探讨了利用代谢工程（ME）、合成生物学（SynBio）、比较基因组学和分子对接等计算策略优化微生物维生素B12（钴胺素）生物合成的路径，重点介绍了CRISPR-Cas9基因组编辑、人工智能（AI）驱动的通路优化及多组学数据整合等前沿技术，为应对全球营养与治疗需求提供创新解决方案。

　　

Abstract

维生素B₁₂（钴胺素）是维持代谢功能的关键辅因子，其独特的咕啉环结构和钴离子中心需经30步酶促反应合成。素食人群易缺乏该维生素，而微生物发酵是目前工业化生产的主要方式。本综述聚焦计算生物学驱动的微生物工程策略：通过代谢网络重构（ME）优化前体供应，利用合成生物学（SynBio）设计高效菌株，结合比较基因组学挖掘关键基因（如cobA、cbiT），并运用分子 docking 预测酶-底物相互作用。

Graphical Abstract

图示呈现了从基因组尺度模型（GSM）到发酵工艺的闭环优化流程，突出CRISPR-Cas9精准编辑cob操纵子、AI算法预测限速步骤（如钴插入效率），以及转录组-代谢组联合分析指导的动态调控。

核心策略分析

1. 代谢工程
通过敲除竞争途径（如卟啉分支）和过表达限速酶（cobI/cobH），使Pseudomonas denitrificans产量提升3倍。但需注意中间产物积累导致的细胞毒性。

2. 合成生物学
异源表达Shewanella oneidensis的钴转运系统（cbiMNQO）可解决钴生物利用度瓶颈，但需适配宿主代谢背景。

3. 多组学整合
大肠杆菌工程菌的RNA-seq揭示cobU上调与ATP供应不足的关联，通过添加电子传递链抑制剂（如氰化物）意外提高产量12%。

挑战与展望

当前瓶颈在于下游纯化成本（占生产成本的60%），未来可探索噬菌体辅助的分泌系统。深度学习预测新型Corrin环修饰酶或成突破点，而伦理争议仍需关注——例如工程菌株的环境释放风险。