天大赵广荣等采用逆生物合成方法在大肠杆菌中重构3-苯丙醇代谢途径

3-苯丙醇带有风信子和木犀草的香气，具有重要的应用价值。作为可食用的香料添加剂成分，3-苯丙醇广泛应用于食品、饮料和化妆品等领域中，同时，3-苯丙醇还参与药物、涂层、树脂等的制备，凸显出巨大的应用潜力。

天津大学合成生物学团队赵广荣教授课题组近期在Microbial Cell Factories上发表论文 “Metabolic engineering of Escherichia coli for de novo production of 3‑phenylpropanol via retrobiosynthesis approach”，通过逆生物合成分析方法重新设计了3-苯丙醇的生物合成途径，结合代谢工程优化策略，实现了3-苯丙醇在大肠杆菌中的高效从头合成。

该研究通过RetroPath 2.0进行在线逆生物合成分析，设计出一条催化L-苯丙氨酸合成3-苯丙醇的途径，此途径包括苯丙氨酸解氨酶PAL、烯酸还原酶ER、羧酸还原酶CAR及其激活蛋白PPTase、以及内源醛酮还原酶AKR或乙醇脱氢酶ADH。分别比较了5种、3种和5种不同来源的CAR、PPTase和PAL，确定了由AtPAL2、CaER、SruCAR和EcPPTase组成的重组途径，途径中CaER的引入使C=C双键还原节点的限速被解除，能够催化L-苯丙氨酸合成365.59 mg/L 3-苯丙醇。改造L-苯丙氨酸合成底盘，对能够增加前体PEP供给和解除负调控的基因进行敲除，共构建6株不同敲除组合的底盘菌株，将3-苯丙醇重组途径引入各底盘中测试，ptsG、pykA和pykF三敲除底盘与重组途径适配性，可由葡萄糖合成473.75 mg/L 3-苯丙醇。优化途径基因的表达强度和发酵条件后，大肠杆菌能够利用葡萄糖-甘油混合碳源合成847.79 mg/L 3-苯丙醇。

该研究通过逆生物合成分析设计了3-苯丙醇合成途径，结合代谢工程改造，实现了目前微生物合成3-苯丙醇的最高产量，也为微生物合成其他高附加值产品的途径设计和工程改造提供了参考。