近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究團隊在釀酒酵母代謝通量動態調控方面取得進展。團隊以釀酒酵母丙酮酸脫羧酶Pdc1為研究對象，開發出蛋白質層面的光遺傳學調控工具OptoPdc1，通過藍光與黑暗切換直接調控糖酵解途徑的關鍵酶丙酮酸脫羧酶的催化活性，實現對釀酒酵母代謝通量快速、可逆、高效調控。
團隊通過光控蛋白質工程化改造，引入藍光響應元件結構域，構建多種響應藍光的突變體OptoPdc1，通過藍光與黑暗切換，可精準調控丙酮酸脫羧酶的催化活性。基于OptoPdc1團隊構建了光控釀酒酵母菌株Opto-S.cerevisia，實現了通過藍光對細胞生長與乙醇合成的高效調控。在藍光照射下，光控釀酒酵母菌株對乙醇生物合成動態調控范圍達到120倍，且乙醇產量與藍光強度呈現依賴關系，展現出精準代謝控制潛力。該研究為釀酒酵母代謝通路調控提供了新的蛋白質層面策略，也為乙醇代謝的快速、可逆、高效調控提供了創新工具。
團隊進一步將Opto-S.cerevisia菌株應用于異丁醇合成代謝通量控制。在不同藍光脈沖模式下，異丁醇合成滴度可實現響應式調節，光控菌株在藍光脈沖下的異丁醇產量可達非光控菌株的120%。該光控釀酒酵母代謝調控系統以OptoPdc1為核心元件，具有組分簡單、響應迅速、調控可逆等優勢，在黑暗條件下可實現穩定的細胞生物量積累，通過施加連續或脈沖式藍光照射，抑制乙醇合成，為依賴高效呼吸代謝的生物合成途徑創造有利的代謝環境，并提供了可靠的調控手段。
相關研究成果在線發表在《ACS合成生物學》（ACS Synthetic Biology）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
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