MCF2Chem: A manually curated knowledge base of biosynthetic compound production
- 作者
- Pengli Cai, Sheng Liu, Dachuan Zhang, Qian-Nan Hu
- 单位
- CAS Key Laboratory of Computational Biology, Shanghai Institute of Nutrition and Health, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China; Ecological Systems Design, Institute of Environmental Engineering, ETH Zurich, 8093 Zurich, Switzerland
- 杂志
- Biotechnology for Biofuels（2023）
- DOI
- 10.1186/s13068-023-02419-8
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏提供微生物细胞工厂及其合成化合物详细信息（如滴度、产量、培养和发酵条件）的数据库
研究策略
人工从过去5年的268篇综述中提取数据，构建MCF2Chem知识库，整合菌株、化合物、生产数据和发酵信息，并基于菌株系统发育关系和化合物相似性构建推荐系统
核心内容
该研究构建了微生物细胞工厂生物合成化合物知识库MCF2Chem，旨在填补缺乏系统化生产与发酵数据数据库的空白。研究人员从过去五年268篇综述中人工提取并整合菌株、化合物、产量和发酵条件等信息，同时基于菌株系统发育关系和化合物相似性开发了双向推荐系统。数据库包含8888条生产记录，覆盖1231种化合物和590种微生物细胞工厂，其中细菌占物种总数的60%，合成约68%的化合物。大肠杆菌、酿酒酵母、解脂耶氏酵母和谷氨酸棒杆菌合计贡献约78%的化合物，其中大肠杆菌单独生产了四分之一。在平台化学品中，γ-氨基丁酸最高滴度达2771.0 g/L，D-乳酸和柠檬酸分别达264.0 g/L和200.0 g/L；以甲醇为碳源时谷氨酸最高滴度为60 g/L，以CO2为碳源时乙酸盐最高达59.2 g/L。MCF2Chem提供查询、浏览和可视化功能，可作为合成生物学研究的重要资源，助力菌株选择和代谢工程策略设计。
创新点
首个手工整理的微生物细胞工厂生物合成化合物生产数据库，包含详细的生产和发酵数据，并集成了菌株-化合物双向推荐系统
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli | 多种化合物生物合成，主要包括脂肪族化合物、萜类、莽草酸类及苯丙烷类 | — | — | 催化 | 模式微生物细胞工厂，产化合物种类最多，约占25% |
| Saccharomyces cerevisiae | 多种化合物生物合成，主要包括脂肪族化合物、萜类、莽草酸类及苯丙烷类 | — | — | 催化 | 常用酵母底盘，与大肠杆菌合成的化合物类型相似 |
| Yarrowia lipolytica | 脂肪酸、萜类、氨基酸及多肽等 | — | — | 催化 | 非常规酵母，擅长合成脂肪酸类化合物 |
| Corynebacterium glutamicum | 氨基酸及多肽等 | — | — | 催化 | 谷氨酸棒杆菌，擅长合成氨基酸类化合物 |
| Streptomyces sp. | 聚酮类 | — | — | 催化 | 链霉菌，擅长合成聚酮类化合物 |
| Synechocystis sp. 和 Synechococcus sp. | 脂肪酸、萜类 | — | — | 催化 | 微藻中产物最多的两类，主要合成脂肪酸和萜类 |
| Bacillus methanolicus | 氨基酸合成（谷氨酸） | — | — | 催化 | 利用甲醇合成谷氨酸，最高滴度60 g/L |
| Methylorubrum extorquens | 聚羟基丁酸酯合成 | — | — | 催化 | 利用甲醇合成PHB，最高滴度52.9 g/L |
| Acetobacterium woodii | 乙酸合成 | — | — | 催化 | 以CO2为碳源合成乙酸盐，最高滴度59.2 g/L |
| Cupriavidus necator | 2,3-丁二醇合成 | — | — | 催化 | 以CO2为碳源合成2,3-丁二醇，最高滴度32 g/L |
关键发现
- MCF2Chem包含8888条生产记录，涉及1231种化合物和590种微生物细胞工厂
- 细菌占物种总数的60%，合成了约68%的化合物
- Escherichia coli、Saccharomyces cerevisiae、Yarrowia lipolytica和Corynebacterium glutamicum合成了约78%的化合物
- 大肠杆菌生产了四分之一的化合物
- 平台化学品中gamma-aminobutyric acid最高滴度达2771.0 g/L，D-lactic acid最高滴度264.0 g/L，citric acid最高滴度200.0 g/L
- 以甲醇为碳源时谷氨酸最高滴度60 g/L，以CO2为碳源时乙酸盐最高滴度59.2 g/L
- 葡萄糖、甘油和木糖作为碳源的记录分别占总记录的41%、11%和11%
研究结论
MCF2Chem是一个用户友好的数据库，提供查询、浏览和可视化功能，并集成推荐系统，可作为合成生物学家的有用资源