生物科學：科學家研究出新型生物傳感器，可以生產微生物細胞？
III型聚酮化合物合成酶（RppA）作為丙二酰輔酶A生物傳感器。RppA將五分子丙二酰輔酶A轉化為一分子的紅色小提琴。該示意圖顯示了丙二酰輔酶A生物傳感器的總體概念化，表明較高的丙二酰輔酶A丰度導致黃酮的較高產量和分泌，導致培養物的較深紅色。該系統用於從工程化的大腸桿菌菌株中增強產生四種代表性天然產物（6-甲基水楊酸，蘆薈酮，白藜蘆醇和柚皮素）。
KAIST的一個研究小組提出了一種新型生物傳感器，可以生產多樣化，高水平的微生物細胞工廠。當開發新菌株時，生物傳感器監測產品濃度甚至中間體。該戰略為從可再生資源製造各種天然產品提供了一個新平臺。該團隊利用這一戰略創造了四種具有高水平藥物重要性的天然產品。
Malonyl-CoA是許多增值化學品的主要組成部分，包括具有藥物重要性的各種天然產品。然而，由於細菌中丙二酰輔酶A的低可用性，許多丙二酰輔酶A衍生的天然產物已經通過化學合成或從對環境有害的自然資源中提取而產生並且是不可持續的。對於丙二酰輔酶A衍生的天然產物的可持續生物生產，增加細胞內丙二酰輔酶A庫是必要的。為此，需要開發強大且有效的生物傳感器來監測新菌株開發時細胞內丙二酰輔酶A丰度的濃度。
KAIST的代謝工程研究人員解決了這個問題。該研究報告了通過重新利用III型聚酮化合物合成酶（也稱為RppA）開發簡單而穩健的丙二酰輔酶A生物傳感器，該合成酶產生黃酮，丙二酰輔酶A的比色指示劑。隨後，RppA生物傳感器用於基因操作靶標的快速且有效的比色篩選，從而增強丙二酰輔酶A丰度。篩選的有益基因靶用於高水平生產四種源自丙二酰輔酶A的代表性天然產物。與先前的昂貴且耗時的策略相比，新的生物傳感器可以容易地應用於工業相關的細菌，包括大腸桿菌，惡臭假單胞菌和穀氨酸棒桿菌，以實現一步法。
該研究採用合成小調節RNA（sRNA）技術快速有效地降低內源性靶基因表達，從而改善丙二酰輔酶A的產生。研究人員構建了一個大腸桿菌基因組規模的合成sRNA文庫，其靶向覆蓋大腸桿菌中所有主要代謝基因的1,858個基因。該文庫與RppA生物傳感器一起用於篩選基因靶標，據信這些基因靶標有助於在表達敲低時增強丙二酰輔酶A積累。
從該比色篩選中，選擇了14個基因靶標，所有這些靶標都成功地顯著增加了四種天然產物（6-甲基水楊酸，aloesone，白藜蘆醇和柚皮素）的產量。儘管在大腸桿菌中作為宿主證明了具體的實例，但研究人員表明，生物傳感器在惡臭假單胞菌和穀氨酸棒桿菌中也具有功能，分別是工業上重要的代表性革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌。本研究開發的丙二酰輔酶A生物傳感器將成為快速開發能夠生產對製藥，化學，化妝品和食品行業至關重要的天然產物的菌株的有效平臺。
這項工作的一個重要方面是，本研究中構建的高性能菌株通過比色篩選的簡單方法快速，簡便地開發，而不涉及廣泛的代謝工程方法。可以生產6-甲基水楊酸（一種抗生素）至大腸桿菌報告的最高滴度，並且首次實現了aloesone（aloesin的前體，一種抗炎劑/增白劑）的微生物產生。
“利用可再生資源生產多種天然產品的可持續發展過程具有重要意義。本研究代表了一種強大而有效的丙二酰輔酶A生物傳感器的開發，該生物傳感器通常適用於廣泛的工業重要細菌。這種生物傳感器具有篩選能力的能力。大型圖書館證明了高效菌株的快速高效建設是可行的。這項研究將有助於進一步加快能夠生產有價值化學品的菌株的發展過程到工業相關水平，“Sang Yup Lee傑出教授說。研究領導的化學與生物分子工程系。
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