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，细胞分裂能通过改变细胞形态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分裂为提高细胞工厂效率提供可能。研究成果“Light-poweredEscherichia colicell division for chemical production”于2020年5月8日在线发表在期刊《Nature Communications》上。
陈修来副教授带领的研究生通过过表达核苷酸还原酶基因nrdAB和细胞分裂基因ftsZA，可以缩短细胞分裂C和D阶段，进而缩小细胞形态，提高比表面积；而弱化表达nrdA基因和过表达细胞分裂抑制剂sulA基因，可以延长细胞分裂C和D阶段，进而扩大细胞形态，提高细胞体积。基于此，利用蓝光激活与近红外光激活系统(BANA)缩短细胞分裂，从而将大肠杆菌分为三个阶段：细胞分裂阶段，协同阶段和抵御阶段(rpoS基因)。从而是细胞形态变小，耐受性增加，5-L发酵罐中大肠杆菌乙偶姻产量达到67.2g/L，比对照提高41.5%。采用蓝光激活，抑制与近红外光激活系统(BARNA)延长细胞分裂，从而将大肠杆菌分为三个阶段：缩短分裂阶段，转换时间阶段和延长分裂阶段，从而细胞形态变大，5-L发酵罐中大肠杆菌聚(乳酸-co-3-羟基丁酸)产量达到14.31g/L，比对照提高114.2%。
上述研究结果表明工程化改造大肠杆菌的细胞分裂，进而改变细胞形态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。
刘立明团队的陈修来副教授为论文的通讯作者，生物工程学院2017级博士研究生丁强为论文第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划(批准号：2019YFA0904900)，国家自然科学基金项目(批准号：21978113)和江苏省重点研发计划(批准号：BE2017622)等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16154-3
