GCMS+多组学软件包高效开展合成生物学代谢途径分析

合成生物学领域是备受关注的新兴领域。通过设计和构建新的生物系统，或者改造现有的生物系统，合成生物技术能够实现生物体的功能改造和新功能的创造。合成生物学在医药领域具有巨大的应用潜力。通过合成基因组和基因编辑技术，设计特定的药物合成途径，并改造微生物，使其能够高效地生产药物及中间体。这对于药物开发和生产具有重要意义。

代谢工程是合成生物学中的关键技术，通过改造细胞的代谢途径来生产特定的化合物是合成生物工业应用于药物合成的重要路径。代谢组学技术能够有效应用于合成生物技术的“测试”环节，进行代谢环节监测与表征。代谢途径分析需要大量的数据处理和专业知识及技能，因此分析软件包的支持是不可少的。

这里我们使用了自动预处理系统SPL-M100+GCMS-TQ8040 NX测量细菌细胞和培养基上清液中的代谢物(Fig.1)，然后使用多组学分析软件包（Multi-omics analysis package）进行代谢途径分析。

Fig.1 SPL-M100+GCMS-TQ8040 NX

为了从乙酰辅酶A中生产小分子药物原料的前体 苔色酸，我们对质粒转染的3株大肠杆菌BL21 (DE3)的细胞培养上清液进行了监测分析。(Fig.2)

Fig.2 苔黑酚合酶（ORS）和环化酶的代谢途径

(通过引入OAC酶，靶向形成小分子药物材料的前体苔色酸)

样品制备按照SPL-M100的标准方案进行，GC-MS采用多反应监测(Multiple Reaction Monitoring, MRM)作为数据采集方式，在23分钟的分析时间内同时测量氨基酸、核酸、脂肪酸、有机酸等504种组分(表1)。

表1 分析条件

当对培养12、24和48小时的3个样品中的每个样品测量n=3时，每个样品中检测到大约400种化合物。样品3中苔色酸的产量最高（Fig.3）。这表明通过质粒转染样品3中的Z基因对苔色酸的产量很重要。然而，12小时后，样品3细胞中苔色酸的积累明显减少。由于上清液比细胞含有更多的苔色酸，并且上清液在12小时后没有减少，因此有可能苔色酸从细胞中洗脱到上清液中。或者经一定浓度和时间后，苔色酸可以形成聚合物。

Fig.3 比较三种样品不同时间过程的代谢途径

Fig.4 样品3细胞中苔色酸的色谱图

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