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研究人员开发了一种合成生物学系统，用于在微生物中构建新的代谢途径和酶，使微生物能够变成“细胞工厂”来生产药物原料。新设计的细节发表在Nature Communications上。
该研究由神户大学的研究人员进行，作为新能源和工业技术开发组织(NEDO)项目的一部分。该特定NEDO项目的目标是实现微生物中目标材料的大规模生产。
该团队选择生物碱生产作为优化目标，因为生物碱是制药生产中的关键中间体。以前，在微生物中已经实现了生物碱衍生的止痛药的合成，但是中间酶单胺氧化酶(MAO)的低靶特异性已经成为有效生产的障碍。
为了克服这个问题，研究人员设计了一个软件程序来识别可以绕过MAO的新酶。这表明在家蚕中存在一种称为3,4-二羟基苯乙醛合成酶(DHPAAS)的酶，可用作MAO的替代品。接下来，科学家们确定了DHPAAS酶活性中涉及的关键氨基酸，并根据这些信息创建了一种人工形式的DHPAAS，从而改善了关键生物碱THP的产生。
这组作者说，这些结果证明了结合生物技术和计算机科学方法的能力，使细胞工厂能够快速发展，制造出有价值的材料。除药品外，这种方法也可用于生产精细化学品，生物化学品和生物燃料。将新设计的代谢途径和工程酶引入大肠杆菌中。通过该系统，他们能够平衡多巴胺和DHPAA的关键中间体，通过重新设计的“智能细胞”改善生物碱的产生。对超过100种代谢物进行质谱分析，使团队能够识别瓶颈反应和副产物形成副反应。该信息被纳入以进一步改善下游生产。
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