近日，中国科学技术大学环境科学与工程系首次实现了仅利用Shewanella oneidensis MR-1内源C5途径高效合成5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）。相关研究以“Modularized Engineering of Shewanella oneidensis MR-1 for Efficient and Directional Synthesis of 5-Aminolevulinic Acid”为题，发表于Metabolic Engineering。

S. oneidensis MR-1由于其优异的胞外电子传递效率在污染物转化和生物能源等领域引起了极大的关注，这与其卓越的血红素合成能力密切相关。然而，迄今为止，该类微生物巨大的生物合成潜力仍未得到充分开发。5-ALA作为一种重要的非蛋白质氨基酸，是合成血红素、维生素B₁₂等四吡咯化合物的重要前体，具有抑制癌症、促进作物生长等多种功能，广泛应用于医药、农业等领域。我们首次成功实现了仅依靠S. oneidensis MR-1内源性C5通路的5-ALA高效原位合成。通过采用多维模块化工程改造策略构建了生产系统、抑制系统以及抗氧化系统，系统重构了S. oneidensis MR-1的整体代谢通量，从而显著提高了5-ALA的生产效率。与野生型菌株相比，工程菌株的细胞外5-ALA产量增加了123倍。这项工作成功地拓宽了可用于 5-ALA 生物合成的功能微生物和关键酶的范围，并通过精简、高效、系统的多维模块化生物合成策略，最大限度地发挥了希瓦式菌在生产高价值化合物领域的潜力。

吴洁博士和2023级博士生吴婧为本论文的第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和安徽省科技重大专项等项目的支持。

图1 多维模块化组装策略调控希瓦氏菌基因代谢以实现5-ALA的高效生产

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2024.05.001