群体感应 (Quorum Sensing, QS) 是一种普遍存在的细胞间通信机制，可用于自主和动态控制代谢流。然而，目前开发的QS调控系统难以实现在同一个细胞内对多组代谢流的次序控制，不能满足复杂途径的调控需求。此外，天然的QS系统存在动态范围窄、泄露表达严重的问题，限制了其在生物合成中的应用潜力。
近日，北京化工大学袁其朋团队在Nature Communications 期刊发表研究论文，阐释了QS系统luxR-luxI基因间序列对lux型群体感应启动子的调控机制。通过设计重构CRP结合位点和lux box到-10区序列，创建了兼具动态范围宽和泄漏表达低特点的QS突变体文库，实现了在单个细胞内同时控制多组代谢流的次序表达，为复杂生物合成途径代谢流的精细调控提供了工具。
该团队探究了lux型群体感应系统中各个元件间的相互作用机理，发现 CRP 结合位点数量的增加可显著增强QS系统的动态范围（提高11.5倍）并减少QS启动子 PluxI 的泄漏表达（降低6.7倍），通过改变lux box到-10区序列可调节PluxI 的转录水平。在此基础上设计构建了一个包含40个QS突变体的文库，可在不同细胞密度下以不同强度开启目标基因的表达（图1）。
该系统成功应用于增强水杨酸和4-羟基香豆素的生物途径。通过同时调节三种不同的细胞内代谢流，将水杨酸的摇瓶产量提高了60倍，达2.1 g/L（图2）。通过动态模块优化生物合成途径，将4-羟基香豆素产量提高了10倍（图3）。
图2. QS系统同时调控三组代谢流强化水杨酸生物合成
图3. QS系统应用于动态模块优化4-羟基香豆素生物合成途径
北京化工大学博士生葛畅为论文的第一作者，北京化工大学袁其朋教授和王佳副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2018YFA0901800）和国家自然科学基金（21908003, 22078011）的资助。
Redesigning regulatory components of quorum-sensing system for diverse metabolic control
Chang Ge, Zheng Yu, Huakang Sheng, Xiaolin Shen, Xinxiao Sun, Yifei Zhang, Yajun Yan, Jia Wang & Qipeng Yuan
Nat. Commun., 2022, 13, 2182, DOI: 10.1038/s41467-022-29933-x
袁其朋，教育部长江学者特聘教授，博士生导师，享受国务院特殊津贴，第十一届中国青年科技奖获得者，北京市百名领军人才，教育部长江学者创新团队负责人。澳大利亚Ballarat大学兼职教授。1992年在清华大学获学士学位，1997年在天津大学获工学博士学位。1997年至1999年在北京化工大学化学工程与技术博士后流动站工作，1999-2000年在澳大利亚新南威尔士大学做访问学者，2001年至2003年赴香港理工大学从事中药方面的研究工作。主要研究领域为合成生物学及代谢工程、高纯天然产物高效规模制备及活性研究。近年来承担了科技部重点研发任务、“863”重大、重点项目5项、国家自然科学基金重点、面上项目9项、国际合作项目3项、香港创新工业署项目5项及教育部新世纪优秀人才计划项目、北京市科委及企业合作项目70余项。以第一或通讯作者先后发表SCI论文240余篇(他引11000余次，H因子-52)，授权PCT、中国发明专利60项。有多项成果实现工业生产，创造了良好的经济效益。以第一贡献人获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项、三等奖2项。
https://www.x-mol.com/university/faculty/220660
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