混合代谢使细菌从发酵和呼吸中获得最多的能量

　　一种经过改造的大肠杆菌菌株混合了两种形式的代谢，使这种细菌能够利用以前无法利用的碳源，帮助取代以化石燃料为基础的化学品生产。

　　在自然界中，大肠杆菌通过发酵或呼吸作用从糖中生成分子。在呼吸作用中，糖分解释放出的电子被氧气释放并接受。由于发酵是厌氧的，自由电子被包装成代谢物，然后被排出体外。然而，这需要在底物和产物中的电子数量之间取得平衡，从而限制了可用于发酵的分子类型。

　　柏林慈善大学医院(charity University Hospital)的生物化学家、这项新研究的主要作者斯蒂芬·林德纳-梅利希(Steffen Lindner-Mehlich)解释说:“发酵过程都是以糖为基础的，这与食品生产竞争。”为了利用农业废弃物等可持续原料，Lindner-Mehlich和他的团队设计了第一个能够进行呼吸发酵的大肠杆菌菌株。这种新的代谢使细菌在发酵过程中利用氧气作为电子受体。

　　第一步是去除呼吸所需的所有基因。这迫使细胞进行发酵。然后，他们选择性地重新插入编码酶的基因，这些酶将电子引导到呼吸途径的特定部分。结果是细胞可以发酵，但不受平衡电子的约束。

　　在实验中，研究小组给细菌喂食甘油，一种以前无法发酵的碳水化合物，并产生乳酸盐，一种天然发酵产物。确认了不平衡发酵的可能性后，他们接下来将负责产生乳酸的基因与产生异丁醇的基因交换，异丁醇是一种用于几种商品化学品生产的酒精。细胞再次进行不平衡的有氧发酵，生成所需的产物。

　　去除与呼吸有关的基因迫使大肠杆菌细胞发酵以前被认为是“不可发酵”的糖。这项技术可以扩大化学生物生产中使用的碳原料的范围

　　丹麦技术大学(Technical University of Denmark)的生物技术学家巴勃罗Iván尼克尔(Pablo Nikel)说:“这种彻底的代谢重组是一个很好的例子，说明了如何设计中枢代谢，而不是最经典的一些基因被删除或过度表达的方法。”

　　瑞典查尔姆斯理工大学的系统生物学家Jens Nielsen也认为这是合成生物学的一个积极的示范。然而，他质疑甘油作为原料的使用。他说:“(甘油)并不充足，只有在受到大量补贴的生物柴油行业才能获得，而这种行业可能无法长期生存下去。”

　　该研究报告的合著者、慈善集团博士生扬?克雷斯曼表示，他们的方法是高度可定制的。他指出，甘油现在很便宜。但随着市场力量和基质可用性的变化，“我们可以使用使用醋酸盐的菌株或使用使用甲醇的菌株”，kr semann解释说。

　　需要进一步的优化和扩展。尼克尔说:“配色可以改进。”“看看在生物反应器中会发生什么会很有趣，在那里氧气的转移和混合开始发挥主要作用。”根据Nikel的说法，这项研究是“概念的坚实证明”。他补充说:“了解大水箱中细胞的行为，其中多种因素决定了代谢生活方式，将是迈向优化的下一个明显步骤。”