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杜邦以葡萄糖为原料合成1,3-丙二醇的胞内路径

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医药生物行业合成生物学系列报告：产品专题之（一）13-丙二醇通过合成生物学降本是打开下游巨大空间的有效路径-20220118（19页）.pdf

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合成生物学方法可分为以葡萄糖为原料及以甘油为原料的两种工艺路线。以葡萄糖为原料的企业代表为杜邦，选择底盘细胞为大肠杆菌，由于大肠杆菌体内不存在将葡萄糖转化为 1,3-丙二醇的代谢路线，所以杜邦与其合作者 Genecor公司在其工艺路线中，将酿酒酵母的两个基因（dar1 和 gpp2）转入大肠杆菌 K12，使葡萄糖可以在大肠杆菌菌体内首先转化为甘油，同时转入肺炎克雷伯氏菌的五个基因（dhaB1、dhaB2、dhaB3、dhaBX 和 orfX），使甘油可以转化为 1,3-丙二醇。通过敲除磷酸转移酶系统（PTS）并过表达半乳糖渗透酶（galP）和葡萄糖激酶（glk），解耦了磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）消耗葡萄糖转化为丙酮酸的路径。另外，为了防止甘油进入主要的碳代谢通路，甘油激酶（glpK）和甘油脱氢酶（gldA）也被敲除。最后，甘油醛 3-磷酸脱氢酶（gapA）下调，表达磷酸三糖异构酶（tpi）使甘油 3-磷酸（GAP）到磷酸二羟基丙酮（DHAP）的双向反应变为单向反应。实现由葡萄糖到 1,3-丙酮酸的高效转化路径。需要注意的是，在此生物反应体系中需要额外添加辅酶 B12. 以甘油为原料，通过合成生物学方法合成 1,3-丙二醇的代表企业为东方盛虹下属的苏震生物与张家港美景荣。苏震生物技术来源为清华大学刘德华课题组，美景荣技术来源为华东理工大学宫衡课题组，二者底盘细胞均为肺炎克雷伯氏菌。自然界中天然存在一类可以以甘油为底物转化为 1,3-丙二醇的菌种，如肺炎克雷伯氏菌、丁酸梭菌、弗氏柠檬酸杆菌等。其中克雷伯氏菌具有较高的产率与转化率，苏震生物/清华大学，美景荣/华东理工大学均采用此菌种。在苏震生物/清华大学的技术路线中，以生物柴油副产物甘油为原料，通过诱导苹果酸酶过量表达，可促进丙酮酸转化为苹果酸，增强三羧酸循环，为菌体代谢提供更多 NADH 和 ATP，能有效提高 PDO 合成关键酶活性，降低菌体内NAD/NADH 比例，提高 PDO 得率，从而降低生产成本。

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