在构建高效细胞工厂的过程中，代谢途径的合理设计至关重要。在微生物宿主中引入异源途径是代谢工程和合成生物学中常用的策略，它不仅可以扩展微生物的代谢潜能，实现从无到有的产品合成，还可以优化代谢通量，提高产品得率，实现从有到优的转变。然而，现有的异源途径设计方法主要集中于实现产品合成的可行性，即定性地从无到有进行途径设计，而缺乏系统性的定量地从有到优的异源途径设计研究，限制了对大规模生化产品得率提升策略的探索。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所生物设计中心开发了一个定量异源途径设计方法QHEPath。利用该方法，研究团队系统地评估了五种常用工业微生物在四种底物下合成300种生化产品的12,000个生物合成场景。结果表明，超过70%产品途径的理论得率有潜力通过引入合适的异源反应得到提升。同时，团队还总结了13种通用的途径优化策略，这些策略主要分为碳节约和能量节约两大类，其中五种策略对100多种产品的得率提升均有效。为了使生物学家能够更便捷地应用这一方法，团队还搭建了一个在线异源途径设计平台QHEPath (https://qhepath.biodesign.ac.cn/)。该平台能够定量计算并可视化35种微生物宿主中产品的高得率合成途径，并且成功预测了文献中多种产品的途径优化策略。

该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目的支持。相关成果在线发表在Advanced Science期刊，天津工业生物所博士生魏凡和助理研究员蔡敬一是论文的第一作者，马红武研究员和袁倩倩副研究员为论文的共同通讯作者。

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定量途径设计工具QHEPath框架图