代谢工程与发酵技术的结合

细履平沙

代谢工程(Metabolic engineering)，也称为途径工程(Pathway engineering)，是基因工程的一个重要分支。细胞代谢网络是由至少上千种酶，膜传递系统，信号传递系统组成的受精密调控又互相协调的复杂系统组成的，因此代谢工程一般是多基因的基因工程。Bailey 综述了代谢工程的各方面的应用进展、代谢工程的潜力和合理设计, 将代谢工程定义为：应用DNA重组技术对细胞的酶、转运及调控功能进行修饰，从而改善细胞功能的技术。Stephanopoulos 讨论了过量生产代谢产物时，代谢工程与代谢网络的刚性以及代谢流的分配、关健分叉点的速度限制步骤的确定以及生化途径的合成，并认为代谢工程应该是对生化反应代谢网络有目的地修饰；其研究对象是代谢网络，最终的目的是改变代谢流，提高目的产物的产率，但它不同于传统菌株无目的地改造，它是一种有目的，理性化的改造。研究内容是构建基因，改造物种，检测及预测生物功能等。这些研究为代谢工程的发展奠定了基础。
在代谢工程的基础研究中，目前应用最为广泛的方法是代谢通量分析(Metabolic flux analysis，MFA)、在对细胞内生化途径完全了解的情况下，通过对不同代谢途径的通量大小和代谢通量随培养条件变化规律的研究，可以对菌株如何进行底物同化、异化以及自身优化生长等提供量化的信息，这是代谢工程改造菌体的重要理论基础。（from www.fajiaoren.com)
  发酵调控的最终目的也是提高产量、产率或改变发酵液的组成，而实现这个目的的途径就是通过改变代谢流分布，使更多的物质流向所需要的目的产物，这是个优化的过程，没有最好只有更好！
在发酵过程改变代谢流的方法很多，任何环境或状态参数的改变都能够改变代谢状态，只是影响和作用不同，有的因素影响大，有的因素影响小；有的因素是正作用，有的因素是反作用；有的因素在全程起作用，有的因素只在一个阶段起作用。
  如何知道这些因素的具体作用呢？看来只有借助于代谢流分析了。但是很多时候，代谢流分析只起到了解释的作用，而没有起到前瞻性的作用，也就是代谢流分析没有发挥出作用，不像代谢工程育种：起到积极的指导作用。
  如何在发酵过程中，使代谢流分析起到关键作用呢？我认为必须进行数据挖掘，将代谢流分布情况与操作变量或状态变量进行关联，得到最佳的操作组合。也就是将以前用操作变量与发酵结果关联，替换成操作变量与代谢流分布的关联。另外在发酵过程进行代谢流计算，实施调控策略，使代谢流分布按照既定的轨迹进行。
本文算是一点个人想法，虽然自己在实验过程中进行了偿试，但是还没有深入开展。希望大家多提宝贵意见！

guo

代谢工程对发酵很重要，以前我在一家大企业的研发中心工作遇到这样一件事情．发酵配方实验过程中硫酸镁对葡萄糖的代谢很重要，具体可以激活哪个酶我现在记不清了！但是适当提高硫酸镁的加量可以促进代谢．

细履平沙

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也不是什么心血，只是说了一些感受，希望也有人来讨论讨论。
代谢工程最主要的应用是指导基因工程和验证基因操作的结果，而在发酵过程的应用目前还没有深入开展。目前发酵研究最大的障碍就是可利用的数据少，表面上的一些参数很难进行相关性分析，因此发酵技术的研究人员总是希望多增加一些检测指标，特别是在线的参数。但是如何用这些参数呢？代谢工程学的方法成为打开这扇门的一把钥匙。代谢工程在发酵过程的应用必将是指导发酵生产和分析的最重要的工具。

zgz0713

楼主说的很有道理，楼主肯定是这方面的专家不知道是做什么工作的

水人鱼

突然发现这是一门很好的学科，想好好研究，可是不得其门而入
楼主能指导一二吗

细履平沙

有问题在论坛上提出来大家可以解决，但是说到理论的培训，那也不太现实。建议买本代谢工程书看看。

vei_20004

书上学来终觉浅，要知此事要躬行。要在实践中多摸索。

xieshuhuai

要把一个产物合成的各代谢流量搞清楚，中间代谢途径的关键酶活及中间代谢产物不好测量，使一些工作受到阻碍，想知道下各位是怎么解决这个方面的限制的。谢谢

fish

是呀，一般工厂里是不舍得上较多的在线检测装置，顶多一溶氧。哎，不好分析呀！

细履平沙

可以用液相测量,比如测量氨基酸含量的变化.通过这些数值建立方程,可以求得代谢流的解.