仿生代謝工程：以C4植物固碳路徑為模式優化生藥細胞工廠-以靈菌紅素為例
- 刊登日期: 2019-03-12
| 執行方法及步驟 | C4與一般C3固碳路徑直接以RuBisCO固定二氧化碳不同之處為其固碳為二段式反應，二氧化碳經以phosphoenolpyruvate carboxylase固定下來後，再經malic enzyme（ME）釋放給RuBisCO固定，其中malate可視為二氧化碳之載體亦可視為二氧化碳在細胞內之儲存庫或濃縮機構之一環，malate亦可由糖解系統結合TCA產出，因此為若能透過模仿植物之C4固碳路徑將細胞外之二氧化碳及由糖類代謝反應所逸散之二氧化碳皆能透過malate的產出而回收再利用，將有助於增加能進入該細胞代謝之碳流總量而提升細胞工廠之產量。靈菌紅素 (prodigiosin)為一天然色素，是特殊的吡咯基吡咯甲烷 (pyrrolylpyrromethane) 骨架化合物，由於近年來開始提倡以天然色素取代人工色素，及陸續地發現靈菌活素及其衍生化合物可以有效地針對各種癌細胞產生凋零死亡的效果，因此靈菌紅素開始受到重視。 在一般原核生物中，以大腸菌E. coli為例，理論上只要額外表現prk與RuBisCO，即可使得前驅物RuBP合成於中並補足卡爾文循環所需酵素。因此，本研究要在原核生物中架構出構成C4固碳模式的主要路徑，應包括PEPC，ME，prk，與RuBisCO等酵素，以質體形式構築並導入大腸菌宿主在確認功能後，再導入能生產靈菌紅素的菌株中以C4固碳路徑大量生產靈菌紅素。 |
| 執行績效 | 先期成果已投稿國際期刊並獲刊登，未來將推廣技轉及持續爭取研究計畫取得資源。透過計畫執行已與日本東京工業大學、 帶廣畜產大學、早稻田大學、慶應大學、 筑波大學等五家大學之相關學者專家組成「循環共生圈農工業研究推進體」未來將共同爭取資源推展環境友善之碳循環農業與工業。 |
| 結論與建議 | 透過建構C4固碳路徑於大腸菌，使原本已成廢棄物的二氧化碳的碳流得以回收再利用以增加目標產物之產量，本計畫成果將可發展成為新型態的細胞工廠，除了生產原訂目標代謝產物靈菌紅素外，另可開發出標準化大腸菌細胞工廠及模廠化的基因套組可以供各式細胞工廠商轉使用。 |
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