Cell | 首次将大肠改造为转化为仅在甲醇上生长的甲基营养菌，在工业有极大价值学术资讯

来源：iNature

甲醇富含电子，可从甲烷或二氧化碳中衍生出来，是一种潜在的微生物可再生一碳（C1）原料。尽管甲基营养菌用于吸收甲醇的核糖一磷酸（RuMP）循环与典型的糖代谢仅三个酶有所不同，但将非甲基营养生物转化为生长到高细胞密度的合成甲基营养菌仍然具有挑战性。2020年8月10日，James C. Liao团队在Cell 在线发表题为“Converting Escherichia coli to a Synthetic Methylotroph Growing Solely on Methanol”的研究论文，该研究使用代谢稳健性标准对大肠埃希菌进行了重新编程，随后进行了实验室开发，以建立可以有效利用甲醇作为唯一碳源的菌株。这种合成的甲基营养型菌株能够在宽范围的甲醇浓度下以与天然甲基营养型菌株相当的速率生长，可说明基因组编辑和微生物向性变化的进化，并扩大了生物C1转化的范围。

微生物对一碳（C1）化合物的吸收已成为缓解气候变化的一种有前途的方法。在所有C1化合物中，甲醇是电子最多的液态形式，可以从温室气体甲烷和CO2衍生而来。与那些气态的C1化合物相比，它还避免了扩散障碍。另外，甲醇已经是一种工业原料，因此作为生物转化的底物具有潜在的吸引力。
甲基营养菌（例如甲基芽孢杆菌和甲醇芽孢杆菌）中天然的甲醇利用和转化途径已得到充分表征。这些生物通常利用核糖一磷酸（RuMP）循环或丝氨酸途径进行甲醇同化。特别是，除了三种酶（甲醇脱氢酶[Medh]，六磷酸己糖合酶[Hps]和6-磷酸-3-己糖异构酶[Phi]）外，RuMP循环中涉及的酶与典型糖代谢中使用的酶重叠。

文章模式图（图源自Cell ）
因此，为了科学和工业利益，人们已经做出了巨大的努力，通过将这三种酶过表达来将糖异养型转化为甲基营养型。如果能够做到这一点，则工业生物技术领域可以使用常见的工业微生物将甲醇作为替代性的非食品碳源。尽管在工程上使糖异养生物同化甲醇方面取得了初步成功，但尚不可能将此类异养生物转化为有效利用甲醇作为唯一碳和能源的甲基同养生物。显然，三个异源基因的成功表达不足以使大肠杆菌转化为甲基营养菌。
在这里，该研究报告了一个涉及DNA-蛋白质交联（DPC）的主要问题，该问题阻止了大肠杆菌在甲醇中作为唯一碳源生长，以及基因组编辑，拷贝数变异（CNV）和实验室进化引入的突变如何克服了这一障碍，导致合成的甲基营养型大肠杆菌能够以8小时的倍增时间有效生长至高OD。
这种合成的甲基营养型菌株能够在宽范围的甲醇浓度下以与天然甲基营养型菌株相当的速率生长，可说明基因组编辑和微生物向性变化的进化，并扩大了生物C1转化的范围。

来源：Plant_ihuman iNature

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