群体感应在合成微生物群落构建中的研究进展

Progress in quorum sensing applied to synthetic microbial consortia construction

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摘要微生物生物合成正成为化学品绿色制造的核心技术.传统的单菌株发酵过程虽然被广泛应用,但引入复杂的生物合成路径会对细胞造成显著的代谢压力,并可能引起不同生物合成途径间的相互干扰.相比之下,在自然环境中,微生物多以群落的形式存在,并在环境修复、生物降解和物质合成等关键领域发挥着重要作用.受此启发,研究者研究开发出了合成微生物群落,通过模拟自然的共生环境,将具备不同功能的菌株整合在一起,共同完成复杂的生物合成任务.合成生物学的发展进一步促进了多种异源生物合成途径的集成,使得这些群落能够为不同的催化反应提供适宜的细胞内环境,有效减轻了单一菌株的代谢负担.然而,合成微生物群落的长期稳定性仍是工业发酵的一个重要挑战.群落内的竞争性相互作用可能会破坏群落的平衡,进而影响目标产物的合成效率.通过引入基于群体感应(quorum sensing,QS)的调控机制,可以有效地通过种间通信调节群落的代谢活动和结构,增强群落的稳定性,并提高目标产物的合成效率.本文详细介绍利用QS机制调控合成微生物群落的代谢和稳定性的设计原则、构建方法及其应用,同时探讨设计复杂、稳定、可控的共培养体系在高效生产化学品方面的应用前景和面临的挑战,并展望利用计算机模拟工具预测和控制合成微生物群落动态变化的技术动向.深入理解并应用QS机制,有望进一步提升合成微生物群落的性能,推动微生物合成技术的发展.