生物发酵工程中的微生物代谢调控

生物发酵工程中的微生物代谢调控生物发酵工程是一门应用广泛的学科，其涉及微生物、生物化学、传热传质等多个学科的知识，旨在利用微生物在发酵过程中

生成的代谢产物来满足人们的生产和生活需求。而在微生物代谢

过程中，如何通过调控其代谢途径，实现目标产物的高效合成、

减少代谢的损耗，成为了生物发酵工程中的一个重要研究方向。

微生物代谢调控的意义

微生物代谢调控是指通过改变微生物生长条件和代谢途径，来

调整其代谢产物合成量和比例的过程。在工业生产中，通过微生

物发酵生产大量特定代谢产物是一种非常经济、环保的加工方式，但是微生物产生的代谢产物存在很大的不确定性。因此，通过对

微生物代谢途径的调控，可以使目标产物的产量和比例得到控制，从而提高产量，减少生产成本，并且提高产物的纯度和质量。

微生物代谢途径及其调控

微生物代谢途径是指微生物在生物体内通过多种化学反应途径

来完成与生长、繁殖相关的代谢活动。其中包括代谢途径的产物

合成、产物分解以及代谢的能量转换等步骤。微生物代谢调控的

目的就是通过改变这些代谢途径的流量和平衡，来调整微生物产

物的合成量和比例，从而达到优化目标的效果。

代表微生物代谢调控方法有以下两种：

1.正向调控

正向调控是指通过增加代谢途径的流量和互动，来加强目标代

谢产物的合成，从而提高产量。这种调控方法常见于工业生产中，例如酿造啤酒时，生产者为了增加酒的口感和香味，会加入辅酶、氨基酸、谷氨酸等化合物来促进酵母细胞的代谢，从而促进目标

产物的生成。

2.反向调控

反向调控是指通过成分的增减或运输网络的改变来降低目标代

谢产物的合成，从而对微生物代谢路线进行限制。这种方法经常

用于通过发酵生成的副产物的控制。例如，在环境中限制糖分含

量、压制某些酶或基因，以限制微生物代谢途径中产生某些不必

要的代谢产物的方法。

代表性工程案例

在实践中，通过微生物代谢调控技术，目标代谢产物的生产得

以实现。以下列举一些代表性的工程案例：

1.习得味道细节

啤酒发酵后的酿造品质是由微生物代谢途径的复杂模式决定的。而优化啤酒发酵过程是很有价值的。研究人员利用基因编辑工具

将海藻糖代谢调制以增强啤酒的口感和香味，最终成功实现了对

啤酒发酵的优化，使目标产物的感官品质得到了显著提升。

2.高效合成化合物

封闭环境的条件下，微生物代谢途径可以被有效地调节以利用

氢钠化合物二甲酰胺苯进一步合成苯二酰胺。通过该合成过程，

56克苯二酰胺（100%纯度），用56毫升水和17毫升氢氧化钠水

溶液合成制得，转换率高达83%，大气压下反应温度为70。通过

该方法，很多化合物成功地在实践中合成，同时还能大量减少这

些化合物制造过程中对环境造成的污染。

3.生产消费性物联网传感器

利用大肠杆菌的代谢途径，实现消费性物联网传感器的生产。

这些传感器可以感测空气中的CO2浓度，最终在为人们提供有关

室内空气的质量数据方面发挥着至关重要的作用。

总结

微生物代谢调控技术的研究是推动生物发酵工程持续发展、更

好地满足社会需求的关键之一。正确地利用代谢途径的调控方法，将为发酵工程的优化提高产量、改进质量，谁成为进一步推动生

命科学进步的重要步骤。