Nature Reviews Microbiology | 普林斯顿大学综述微生物代谢工程的生理限制和机遇！

为了在不同的环境中适应和生长，生物体已经进化出大量的代谢和生理结构。这种代谢财富提供了一个生化反应的宝库，研究人员可以利用它来生产广泛的具有商业价值的产品（Nature Communications | 在实验室外进行合成生物学的应用，挑战和需求！Trends in Biotechnology | 微生物组工程：可持续农业中的植物微生物合成生物学）。为了实现这一目标，代谢工程师通常将编码感兴趣的生物合成途径的代谢酶基因转移到遗传上可行的微生物宿主中，以产生自我复制的生物催化剂。这些活细胞工厂的一个主要优势是它们有可能从廉价和可再生资源中生产各种产品。这些产品包括从生物燃料（取代汽油、柴油和喷气燃料）和商品化学品（取代石化产品）到生物材料（如可生物降解的生物塑料）和特种高价值化学品（包括药品、维生素、营养品、颜料、调味剂和香料）。因此，代谢工程将在我们从石油经济过渡到新的生物经济中发挥核心作用，在这种经济中，可再生生物资源、废弃物甚至二氧化碳都被工程微生物转化为驱动世界经济的能源、化学品、材料、食品和药品。这样的生物经济有可能遏制温室气体排放，并使可持续的制造工艺得以发展，这对应对气候变化和环境退化至关重要。

2021年8月，国际权威学术期刊Nature Reviews Microbiology发表了美国普林斯顿大学José L. Avalos团队的最新相关研究成果，题为Physiological limitations and opportunities in microbial metabolic engineering的综述论文。

代谢工程可以在提高运输和化学制造部门的环境可持续性方面发挥关键作用。该领域已经开发了工程微生物，目前正用于工业规模的工艺。然而，要达到商业可行性所需的滴度、产量和生产率往往具有挑战性。微生物化学生产的效率通常取决于宿主生物体的生理特征，这可能会对工程生物合成途径造成限制，或者相反，会提高其性能。在这篇综述中，科研人员讨论了微生物生理学的不同方面，这些方面常常给代谢工程带来障碍，并提出了克服这些障碍的解决方案。科研人员还描述了利用宿主生物的天然或设计的生理特征，使设计的代谢途径有利于化学生产的各种实例。

图1：细胞生长和对产品毒性或介质条件的耐受性

图2：碳源同化

图3：工程化初级代谢

图 4：工程化次级代谢

图5：亚细胞结构在微生物代谢工程中的作用

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