萜类化合物是天然产物的典型代表，有广泛的医疗保健作用和巨大的经济价值。构建微生物细胞工厂合成高附加值萜类化合物是代谢工程的研究热点。目前在提高微生物细胞工厂合成萜类化合物方面的改造策略主要集中在对关键蛋白进行改造以及对代谢途径进行精确调控，然而从细胞性能方面对细胞工厂进行改造的报道较少。萜类化合物通常是疏水化合物，它在细胞中的积累机制也没有深入的研究和明确的结论。 

　　中科院天津工业生物技术研究所张学礼研究员带领的微生物代谢工程研究团队和毕昌昊研究员带领的代谢工程与合成生物技术研究团队合作，研究了大肠杆菌细胞膜改造对提高萜类化合物合成能力的影响。研究结果显示，通过引入单葡萄糖甘油二酯合成酶Almgs将β-胡萝卜素的单位细胞含量提高了70%，并进一步增强了细胞膜主要成分甘油磷脂的合成途径，将β-胡萝卜素的单位细胞含量提高了2.9倍（由6.7 mg/g细胞干重提高至19.6 mg/g细胞干重）（见下图）。同时，在膜工程改造的大肠杆菌细胞的电镜图像中观察到向内的膜堆积，表明膜形态变化与β-胡萝卜素储存容量相关。膜分离和分析实验证实，增加的β-胡萝卜素主要集中在细胞膜部分。膜工程策略也适用于β-胡萝卜素高产菌株，使其产量提高了39%（由31.8 mg/g细胞干重提高至44.2 mg/g细胞干重），是目前报道的相同培养条件下的最高产量之一。本研究阐明了疏水萜类化合物在细胞内的积累机制，并为创建高产疏水化合物的细胞工厂提供了全新的改造思路。 

　　该研究获得国家自然基金、科技部863计划和天津市重点专项的支持，相关成果已发表在Metabolic Engineering期刊。中科院天津工业生物所客座博士研究生武陶为论文第一作者。 

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膜改造提高萜类化合物积累与合成