小而强大：细菌微区室惊人的代谢范围

细菌微区室（BMCs）是以蛋白质为基础的代谢模块，近年来越来越多地被研究作为潜在的细胞内纳米反应器。在本研究中，我们通过将来自弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）的丙二醇利用（pdu）操纵子整合至染色体中，对大肠杆菌（Escherichia coli）进行了工程化改造，并评估了异源产生的 Pdu BMC 的代谢多样性。在细胞内证实了组装良好且具有功能的 Pdu BMC 的形成。研究发现，氧会抑制 1,2-丙二醇的利用，而在微需氧条件下这种效应可得到缓解。工程化的大肠杆菌菌株能够同化多种二元醇和三元醇，表明 Pdu BMC 不仅能够处理其天然底物，还能够处理甘油以及最长至 1,2-丁二醇（C4）的线性二元醇。 这种底物多重特异性被用于生产高附加值化合物，并揭示了此前未被认识到的、通过乙二醇代谢实现塑料升级回收的潜力。与分子动力学模拟结果一致，Pdu BMC 外壳对于较长链二元醇和三元醇并未施加显著的扩散屏障；基于这一认识，通过对二元醇脱水酶大亚基（PduC）进行突变，适用底物范围成功扩展至 1,2-戊二醇（C5）。综上，这些发现确立了异源 Pdu BMC 作为大肠杆菌中具有底物多重特异性且可进行遗传调控的代谢模块的地位，凸显了其作为合成生物学和生物技术应用可扩展平台的潜力。

细菌微区室（BMCs）是基于蛋白质的代谢模块，近年来作为潜在的细胞内纳米反应器受到越来越多的关注。在本研究中，我们通过将来自弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）的丙二醇利用（pdu）操纵子整合至染色体，对大肠杆菌（Escherichia coli）进行了工程化改造，并评估了异源产生的 Pdu BMCs 的代谢多样性。研究证实，在细胞内形成了组装良好且具有功能的 Pdu BMCs。研究发现，氧气会抑制 1,2-丙二醇的利用，而在微需氧条件下这一效应可得到缓解。工程化的大肠杆菌菌株能够同化多种二元醇和三元醇，表明 Pdu BMCs 不仅能够处理其天然底物，还能处理甘油以及最长至 1,2-丁二醇（C4）的线性二元醇。研究进一步利用这种底物多效性生产高附加值化合物，并揭示了通过乙二醇代谢实现塑料升级再利用的此前尚未被认识到的潜力。与分子动力学模拟结果一致，即 Pdu BMC 外壳不会对较长链二元醇和三元醇施加显著的扩散屏障，通过对二元醇脱水酶大亚基（PduC）进行突变，适用底物范围成功扩展至 1,2-戊二醇（C5）。综上，这些发现确立了异源 Pdu BMCs 作为大肠杆菌中具有底物多效性且可进行遗传调控的代谢模块的地位，凸显了其作为合成生物学和生物技术应用可扩展平台的潜力。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.05.730297v1?rss=1

🏷️ 细菌微区室 代谢工程 合成生物学 底物多重特异性 大肠杆菌 塑料升级回收