植物天然产物是人类营养与健康的重要来源，但植物提取产能不足，限制了市场规模和使用范围。近年来，合成生物学的快速发展，构建人工细胞工厂成为解决植物源产品的有效替代路线。白藜芦醇是一种植物多酚，主要应用于保健品和化妆品等领域。单菌微生物细胞工厂生产白藜芦醇的瓶颈是菌株代谢负担过重和底物丙二酰辅酶A供给严重不足。为此，人工混菌细胞工厂是极具应用潜力的，但其构建具有很大的挑战性。

该研究团队基于劳动分工原则，将白藜芦醇生物合成途径模块化、并且分配到为上游和下游菌株中，构成人工混菌细胞工厂。上游菌株从糖合成对香豆酸，下游菌株利用对香豆酸和丙二酰辅酶A合成白藜芦醇。为了增强下游菌株底物的供给，作者利用丙二酰辅酶A传感器RppA和CRISPRi技术，从脂肪酸途径、糖酵解途径等中筛选鉴定了增强丙二酰辅酶A供给的靶基因，使白藜芦醇产量较对照菌株提高了72%。在此基础上，过表达分子伴侣并微调途径基因的表达强度，进一步提高了下游菌株的白藜芦醇合成能力。

作者在上游菌株中设计并构建了白藜芦醇成瘾线路，将上游菌株生长和下游菌株合成白藜芦醇偶联起来。这种双向相互作用稳定了混菌系统并将白藜芦醇的产量提高了74%。最后，利用葡萄糖-阿拉伯糖混合碳源调控两个菌株的群体比例，维持了下游菌株在整个发酵过程中的生长优势。在最优摇瓶发酵条件下，两种混菌培养表现出相互兼容、系统稳健的发酵工程特征，合成了204 mg/L白藜芦醇，比单菌发酵提高了12倍以上。该研究成果展示了混菌细胞工厂构建的新策略和在复杂天然产物生产中的应用潜力。

图：混菌人工细胞工厂合成白藜芦醇的工作原理

该课题组的研究方向是合成生物学与生物医药应用，主要包括：

• 重要产物合成途径的异源重构与创建

• 人工细胞工厂设计、构建与生产性能提升

• 染色体功能元件发现、开发与应用

近年来，该课题组基于产物结构的化学特征，发展了三种异源途径设计和细胞工厂创建的策略。基于逆生物合成分析，设计线性合成代谢途，创建了丹参素、对羟基扁桃酸、苯丙醇、高苯丙氨酸的单菌细胞工厂。设计汇聚合成途径，创建了红景天苷、阿克拉苷、甜菜黄素、柚皮素、染料木素、山奈素、白藜芦醇的混菌细胞工厂。设计正交合成途径，创建了柠檬烯、冰片、橙花醇的酵母细胞工厂。这三种策略在复杂结构产物的绿色低碳生物制造中展示良好的应用前景。相关研究成果发表在Metabolic Engineering，ACS Synthetic Biology, Biotechnology for Biofuels, Microbial Cell Factories, Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊上。课题组常年招聘合成生物学、代谢工程、微生物学、酶学、分子生物学、分子免疫学、化学生物学等相关背景的博士后研究人员，欢迎加盟。联系邮箱，grzhao@tju.edu.cn.