5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）作为血红素、维生素B12等重要生物分子的前体，在医药和农业等领域具有重要应用。利用代谢工程与合成生物技术合成5-ALA成为重要的研究热点。近日，宁夏大学/天津大学王智文团队在农业和食品化学领域期刊《Journal of Agriculture and Food Chemistry》（一区TOP，2024 IF：5.7）上发表封面论文，基于基因组尺度网络模型模拟分析了不同溶氧条件下谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的最优代谢通量分布，结合代谢工程首次实现了谷氨酸棒杆菌微好氧条件下5-ALA的生物合成。
该研究基于谷氨酸棒杆菌基因组尺度代谢网络模型iCW773，模拟分析了不同的溶氧条件下5-ALA的得率和代谢途径，发现在微好氧和好氧条件下5-ALA的最大理论得率一致。而厌氧或微好氧发酵在工业应用中具有显著的优势，可降低了发酵过程中曝气和搅拌等成本。且微好氧5-ALA生物合成过程中，可固定CO2，助力碳中和。基于网络模型的途径设计与分析，作者采用多种代谢工程策略来增强5-ALA的合成，包括通过融合表达关键酶SucCD和HemA以改善底物通道，组合优化C3-C4途径通量、辅因子CoA和TCA氧化臂关键酶基因表达水平等强化琥珀酰辅酶A的供给。最后在微好氧条件下补料分批发酵，5-ALA产量达3.8 g/L，表明谷氨酸棒杆菌微好氧合成5-ALA的潜力。
该研究得到了国家自然科学基金项目、宁夏回族自治区重点研发计划项目和中央引导地方科技发展专项的资助。宁夏大学生命科学学院科研助理赵俊桃和天津大学化工学院博士研究生薄泰东为论文第一作者，宁夏大学生命科学学院王智文教授为通讯作者。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.4c10853
