葡萄糖是工业微生物发酵过程中的主要碳源，其摄取速率直接决定胞内整体代谢通量。2月12日，从天津港保税区管委会获悉，中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工业生物技术研究所”）于近日在葡萄糖摄取率及代谢研究中获新进展，实现了大肠杆菌实时动态调控葡萄糖摄取率及中心途径代谢。该研究获得国家重点研发计划、国家自然基金委杰出青年科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目资助。

      葡萄糖作为细胞摄取碳源的第一步，建立其实时监测及动态调控技术十分重要。天津工业生物技术研究所研究员张大伟介绍，葡萄糖通过糖酵解和磷酸戊糖途径代谢，可生成多种目标产物，但在细胞培养中，代谢通量的不平衡常使大量葡萄糖未能转化为目标产物，而是转化为副产物排出。这种低效代谢现象在发酵过程中普遍存在，不仅浪费原料，还导致细胞生长与生产失衡，严重影响目标产物的生产效率。

      针对这一课题，张大伟带领的蛋白表达系统与微生物代谢研究团队开发了实时动态监测大肠杆菌葡萄糖吸收速率的方法及其遗传回路，能够动态调节葡萄糖摄取速率及相关代谢途径的碳通量。

    “在大肠杆菌摄取葡萄糖时，会经历一系列复杂的过程，包括跨膜转运、磷酸化、去磷酸化、辅助蛋白招募，以及相关因子的表达或抑制等。基于此调控机制，我们开发出了能够实时响应葡萄糖摄取速率的生物传感器，并建立了对葡萄糖摄取速率和中央代谢流进行正负调节的遗传回路。”张大伟说。

      据了解，该生物传感器可以直接测量葡萄糖摄取速率，并可应用于氨基酸、维生素、有机酸等产品合成，通过调控中央代谢途径代谢流，或调控遗传回路的激活或抑制，最终提高目标产品的产量，该项研究为合成生物设计与细胞工厂的构建提供了重要工具和更多选择。

      近年来，天津港保税区持续推进重大创新平台建设，加快科技成果从“实验室”走向“生产线”，推动投资60亿元的国投生物制造创新研究院项目落地保税区，并依托天津工业生物技术研究所、合成生物学海河实验室等科研院所，大力实施“平台沃土”计划，为生物制造研发与创新打造了良好的产业发展生态，助力生物制造“资本链、产业链、创新链、人才链”相互融合，打造国内生物制造产业创新集聚地，在服务国家发展大局中实现共赢发展。