叶健文教授团队在Advanced Science和Chemical Engineering Journal发表论文：基于盐单胞菌底盘开发合成生物使能技术实现高值产品合成
近日，华南理工大学大德赢新版app物科学与工程土耳其里拉兑换人民币叶健文教授课题组基于Halomonas TD01底盘，开发了以群体感应系统为核心组件的多功能基因表达动态调控工具，协同底物碳代谢改造与合成途径表达调谐，实现了超氧歧化酶（SOD）、氨基酸衍生物（靛蓝和紫色杆菌素）等高值产物的合成调控及产量提升。相关成果在期刊Advanced Science（一区top，IF=14.3）发表了题为 “Developing quorum sensing-based collaborative dynamic control system in Halomonas TD01”的研究论文，博士后助理研究员林艺娜、2023级硕士研究生李域熙为该论文共同第一作者，叶健文教授为论文通讯作者，论文链接https://doi.org/10.1002/advs.202408083；在期刊Chemical Engineering Journal（一区top，IF=13.4）发表了题为 “Metabolic engineering of Halomonas for effective production of tryptophan-derived compounds”的研究论文，2021级硕士研究生刘凯旋、2022级硕士研究生陈威为该论文共同第一作者，博士后助理研究员林艺娜、叶健文教授为论文通讯作者，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162616。两篇论文第一单位均为华南理工大德赢新版app物科学与工程土耳其里拉兑换人民币。
(Lin et al., Adv. Sci., 2025)
(Liu et al., Chem. Eng. J., 2025)
在第一个研究中，研究者们通过对正交的两套群体感应系统（CinR-CinI与LuxR-LuxI）进行拆解和交叉重组（CinR-LuxI与LuxR-CinI），将其分别构建于A菌和B菌两种重组菌中，并结合盐单胞菌开放发酵的独特优势，开发了以A/B菌定时混培为诱导条件的基因表达动态调控系统 （图1）。该系统不仅具有零诱导剂添加、低泄露、输出强度可调等优势，而且还可适用于不同规模的高密度发酵生产过程（Lin et al., Adv. Sci., 2025）。
图1 基于群体感应的定时混培基因表达动态调控系统示意图
基于该系统进一步整合CRISPR/dCas9、类T7 RNA聚合酶等基因表达调控模块，完成了基因表达动态抑制（超80%抑制效率）和信号放大（30-40 倍放大）等多功能调控系统的构建及表征测试，并实现细胞形态（minCD）、细胞氧摄取能力（vgb）等分时/定量的表达调控，而且还可实现细胞生长与靛蓝、SOD蛋白等产物合成的有效解耦连，进而提升产量超100%。在7L发酵罐分批补料发酵体系下，靛蓝产量达到500 mg/L，SOD产量达到4.7 g/L。
在另一研究中，研究者们通过在盐单胞菌中引入vioABCDE（C. violaceim来源）基因簇，与tnaA（E. coli MG1655来源）、fmo（M. aminisulfidivorans来源）基因，分别实现以色氨酸为前体分子的高值氨基酸衍生物合成（紫色杆菌素和靛蓝），并围绕基因表达调谐、限速酶挖掘与优化、辅因子平衡、中心碳代谢改造等方法，进一步提高重组盐单胞菌的产物合成能力（图2）（Liu et al., Chem. Eng. J., 2025）。
图2 色氨酸衍生物的模块化生产平台示意图
研究发现在盐单胞菌中，使用葡萄糖酸钠作为碳源能够促进NADPH合成，强化辅因子供应以满足色氨酸衍生物合成途径中附加的NADPH消耗（图3）。基于关键合成途径表达优化的条件下，当使用36 g/L葡萄糖酸钠作为唯一碳源进行发酵时，紫色杆菌素和靛蓝产量可分别提升至2.57 g/L 和290.5 mg/L。最终，改造后的工程盐单胞菌在7L发酵罐的分批补料培养过程中，靛蓝和紫色杆菌素的产量分别达到了1.85 g/L和4.79 g/L，产率分别为51 mg/L/h 和 0.171 g/L/h。
图3 NADPH在碳代谢和色氨酸衍生物合成过程中的供应和利用示意图
总体而言，上述研究不仅为盐单胞菌合成生物学的使能技术开发提供了有效且巧妙的工具方法，而且还进一步拓展了盐单胞菌底盘的生物合成能力，阐明了盐单胞菌在重组蛋白、氨基酸衍生物等产物合成的重要潜力，以及更广谱的生物制造产业价值。
上述研究得到了国家自然科学基金、广东省重点研发计划、德赢新版app高校基本科研业务费专项基金和中国博士后科学基金等项目支持。
