近日，“世界衛(wèi)生組織報告稱阿斯巴甜可能致癌”的話題一度登上熱搜，引發(fā)了公眾對代糖甜味劑的關(guān)注和討論。

如今，全球性肥胖的流行，以及糖尿病、高血壓等疾病發(fā)病人數(shù)的逐漸上升，讓人們越來越注重發(fā)展健康的生活習慣。比如，通過使用糖醇等代糖甜味劑生產(chǎn)食品，來限制碳水化合物的過量攝入，以保持科學的飲食方式。

除阿斯巴甜以外，赤蘚糖醇也是一種廣泛應用于食品工業(yè)的代糖甜味劑。不過，與通過人工合成法生產(chǎn)的前者不同，赤蘚糖醇是一種天然、穩(wěn)定和安全的四碳糖醇，存在于蔬菜、水果、蘑菇中，主要通過工程乳酸菌和酵母發(fā)酵進行生產(chǎn)。

(資料圖片僅供參考)

由于人體自身無法分解代謝赤蘚糖醇，人類腸道的微生物群也缺乏能夠代謝赤蘚糖醇的途徑，因此其通常被小腸吸收，并在 24 小時內(nèi)通過尿液排出。但不能被人體用作能量來源的赤蘚糖醇，從本質(zhì)上來說屬于一種碳廢物。

“故此，我們想嘗試通過合成生物學的方法構(gòu)建一種微生物，使其能夠更好地利用赤蘚糖醇這種不能被大多數(shù)生物體分解代謝的碳源。”上海科技大學教授表示。

近期，他帶領(lǐng)團隊把赤蘚糖醇配制到化學合成的培養(yǎng)基中，并通過基因分析、遺傳學鑒定等方法，從自然環(huán)境中篩選出能夠代謝赤蘚糖醇的微生物，并從該微生物的基因組上鑒定了相關(guān)代謝通路。

圖丨團隊合照（來源：）

“赤蘚糖醇本身就相當于一個開關(guān)，能夠觸發(fā)整個代謝通路的表達。我們不僅發(fā)現(xiàn)了代謝通路上的調(diào)控因子，還精準鑒定出含有 29 個核苷酸的 DNA 序列，以及其和調(diào)控蛋白之間的相互作用。”說。

該團隊將赤蘚糖醇的代謝通路構(gòu)建至模式大腸桿菌 MG1655 中，使其可以將赤蘚糖醇作為唯一碳營養(yǎng)素。他們先表征了赤蘚糖醇響應的遺傳阻遏物 eryD，以及其 DNA 結(jié)合位點，接著進行 mRNA 轉(zhuǎn)錄組分析，來進一步評估赤蘚糖醇在 MG1655 中的代謝能力。

圖丨在大腸桿菌中重建赤蘚糖醇代謝通路，以支持把赤蘚糖醇作為唯一碳源的細胞生長（來源：Advanced Science）

同時，他們也發(fā)現(xiàn)大腸桿菌菌株可以在純的赤蘚糖醇培養(yǎng)基中生長，這說明大腸桿菌的天然轉(zhuǎn)運系統(tǒng)可以用于轉(zhuǎn)運赤蘚糖醇。為了找出其中潛在的轉(zhuǎn)運體，他們構(gòu)建了 41 個敲除菌株，發(fā)現(xiàn) 6 個對細胞生長具有正向影響的轉(zhuǎn)運體。

在研究過程中，該團隊通過幾個應用進行了驗證。比如，他們利用所構(gòu)建的大腸桿菌菌株，制備了一個活體赤蘚糖醇檢測器，以識別市售蘇打飲料中是否含有赤蘚糖醇。

同時，他們還將另一種大腸桿菌菌株 Nissle 1917，通過赤蘚糖醇的代謝途徑進行了重新編程，促進其在以赤蘚糖醇作為補充碳源的模擬腸液中生長。據(jù)了解，該應用有望推動人類腸道微生物相關(guān)疾病，甚至腫瘤等局灶性組織的治療。

此外，值得一提的是，最近有關(guān)拓寬大腸桿菌利用不同碳源范圍的研究頗受關(guān)注。此前，該領(lǐng)域的研究人員曾利用一氧化碳、二氧化碳、甲醇等一碳化合物，開展過大腸桿菌的改造研究，而該研究則填補了利用四碳赤蘚糖醇的碳源改造大腸桿菌的空白。

“目前，赤蘚糖醇的代謝通路已經(jīng)能夠成功引入大腸桿菌這種原核生物，那么其是不是也能在真核生物甚至哺乳動物細胞中獲得應用，是我們未來計劃探明的問題。如果可以，我認為未來該成果將擁有更為廣泛的應用前景，有可能為代謝工程及合成生物學領(lǐng)域提供新的研究范式，以及為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供一些研究靈感。”表示。

2023 年 3 月 20 日，相關(guān)論文以《利用赤蘚糖醇作為唯一碳源的工程大腸桿菌》（）為題在 Advanced Science上發(fā)表[1]。

圖丨相關(guān)論文（來源：Advanced Science）

上海科技大學博士研究生巴方為該論文的第一作者，上海科技大學教授擔任論文的通訊作者。

表示，目前他們正在基于該成果，開展代謝工程方面的后續(xù)研究，比如合成一些具有高附加值的化合物。另外，他們還計劃利用赤蘚糖醇，開發(fā)合成生物學領(lǐng)域所需的相關(guān)生物調(diào)控元件，并進行進一步的優(yōu)化，包括改造結(jié)合蛋白與結(jié)合位點之間相互作用的能力和強度等。

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