微生物细胞工厂以可再生资源为原料，实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产，并有望替代石油化工炼制和植物提取。微生物细胞工厂效率是由微生物生长性能、合成能力和环境适应性共同决定，作为细胞生长性能的重要指标之一，细胞寿命(时序型寿命和复制型寿命)能显著影响微生物细胞工厂的生产效率。因此，工程化改造微生物细胞寿命为提高细胞工厂效率提供可能。研究成果“EngineeringEscherichia colilifespan for enhancing chemical production”于2020年1月27日在线发表在高水平期刊《Nature Catalysis》上。
刘立明团队成员敲除碳储存调控因子csrA可缩短大肠杆菌复制性寿命(RLS)，而敲除压力响应调节因子rssB或过表达sigma-38因子rpoS可延长大肠杆菌时序性寿命(CLS)。基于此，利用基于丝氨酸重组酶系统的双输出状态机器(TRSM)对大肠杆菌复制性寿命进行工程化改造，从而将大肠杆菌分为两个阶段：细胞生长阶段和聚(乳酸-co-3-羟基丁酸)(PLH)积累阶段，从而使细胞形态从杆状变成纤维状，细胞体积增大，使5 L发酵罐中大肠杆菌PLH胞内含量达到52wt％(为文献报道最高值)。采用基于酪氨酸重组酶系统的多输出状态机器(MRSM)对大肠杆菌时序性寿命(CLS)进行调节，从而将发酵阶段控制为四个mode:生长阶段、前体积累阶段、CLS提升阶段和丁酸积累阶段，促使丁酸产量达到最高值29.8 g/L。上述研究结果表明工程化改造大肠杆菌的细胞寿命可以显著改善微生物细胞工厂的生产性能，为利用微生物细胞工厂生产化学品提供了重要参考，是合成生物学和生化工程领域的重要进展。
论文发表后，《Nature》以“Manufacturing microbes tweaked to live long and prosper”为题对这一研究工作进行highlight (https://www.nature.com/articles/d41586-020-00217-y)。此外，国际化学领域著名新闻期刊《Chemistry World》以“Giant, long-lived bacteria could make microbial farms more productive”为题对本研究成果作了专题报道(https://www.chemistryworld.com/news/giant-long-lived-bacteria-could-make-microbial-farms-more-productive/4011137.article)。
《Nature》和《Chemistry World》新闻介绍
刘立明教授为论文的通讯作者，生物工程学院博士研究生郭亮为论文第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金项目(批准号：21878126和21808083)和国家重点研发计划(批准号：2018YFA0901400)等的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-019-0411-7。
