Combinatorial Biosynthesis of Carotenoids in a Heterologous Host: A Powerful Approach for the Biosynthesis of Novel Structures

解决的核心问题

稀有或新型类胡萝卜素的结构多样性与可用性有限，需要异源表达和组合生物合成来生产，并解决前体供应不足的问题。

研究策略

以大肠杆菌为异源宿主，组合表达来自细菌、真菌和植物的不同类胡萝卜素合成基因，利用酶的区域选择性识别底物，产生多种天然或新型类胡萝卜素；同时通过过表达dxs、dxr、idi、pps等基因进行代谢工程，增强萜类前体供应。

研究路线图

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创新点

1) 利用组合生物合成策略在大肠杆菌中生产了多种前所未有的类胡萝卜素结构（如1-羟基化无环结构，最多含13个共轭双键）；2) 通过基因shuffling修饰八氢番茄红素脱氢酶，获得引入6个双键的突变酶；3) 代谢工程改造MEP途径显著提高类胡萝卜素产量。

研究对象（29）

关键发现

['已鉴定的天然类胡萝卜素超过600种。', '八氢番茄红素脱氢酶的脱氢产物可具有2至5个额外双键。', '通过组合生物合成，获得的1-羟基化无环类胡萝卜素具有最多13个共轭双键。', '对来自两种Erwinia的八氢番茄红素脱氢酶基因进行shuffling，得到的重组酶可引入6个双键（野生型为4个）。', '过表达dxs、dxr、idi和pps可提高类胡萝卜素产量（原文无具体数值，但可写“显著提高”）。']

研究结论

大肠杆菌作为类胡萝卜素异源生产系统能提供结构多样的类胡萝卜素，有助于研究结构-抗氧化活性关系；组合生物合成有望按需定制目标分子；通过代谢工程可增加产量，但膜上类胡萝卜素沉积可能成为限制因素，未来可通过增加膜量或建立类似质体小球的结构来扩展储存能力。