近日，《metabolic engineering》期刊在线发表了题为“Highly efficient production of L-homoserine in Escherichia coli by engineering a redox balance route”的研究文章。文章报道了中国科学院微生物研究所在大肠杆菌宿主中设计了还原力整体平衡策略高产L-高丝氨酸。中国科学院微生物研究所博士生牟庆璇为该论文的第一作者，于波研究员和毛贤军博士为论文通讯作者。
L-高丝氨酸是一种天然存在的非蛋白氨基酸，由于其结构活性，L-高丝氨酸及其衍生物作为手性中间体在医药和农业中具有较好的应用前景。由于较低的发酵效率，L-高丝氨酸是目前少数还未实现规模化生产的氨基酸。L-天冬氨酸是L-高丝氨酸合成的前体。作者系统分析了大肠杆菌体内的L-高丝氨酸合成途径。经草酰乙酸合成L-天冬氨酸的厌氧途径（本文命名为AspC途径）具有最高的理论转化率(2.0 mol/mol)，但是缺乏还原力；经富马酸合成L-天冬氨酸的耗氧途径（AspA途径）转化率低（1.0 mol/mol），但富余还原力。通过调节两条途径的代谢通量，可以实现总反应的还原力平衡，有望实现L-高丝氨酸的高强度发酵。
AspC途径：Glucose + 6 NADPH + 2 CO2 = 2 L-Homoserine + 2 NADH
AspA途径：Glucose + 2 NADPH = L-Homoserine + 2 CO2 + 5 NADH + FADH2
综合后反应式：2 Glucose + 8 NADPH = 3 L-Homoserine + 7 NADH + FADH2
依据上述途径设计思路，通过系统代谢工程改造，调控L-天冬氨酸合成流量配比，增强途径关键酶的表达和L-高丝氨酸外排泵，进一步开发了高细胞密度发酵工艺，高丝氨酸的发酵水平突破84 g/L，产率1.96 g/L/h，转化率0.5 g/g葡萄糖，具有较好的经济性。本研究提出了一种新的氧化还原平衡的代谢网络策略，也可扩展应用于高效生产其他氨基酸，如苏氨酸。
