经合成生物学和代谢工程设计的微生物可以有效地合成高价值产品，如精细化学品、药品及功能性营养保健品。合成生物学与代谢工程的一个主要目标是构建微生物细胞工厂进行化学品的高效生产。已有相关研究通过动态调节提高生产效率。这种方法可以解耦细胞生长和产物合成之间的相互影响，帮助产物合成不破坏细胞稳态。实现动态调控关键是实现微生物代谢网络代谢流的最优分配。

　　动态的代谢调控需要通过基因回路实现。基因回路可以有效平衡细胞生长与产物合成模块的代谢流竞争，缓解胞内代谢压力。基因回路通常基于对外部诱导剂，细胞内代谢物，环境因子或细胞生长作出反应的不同生物传感器而设计。然而目前大部分基因回路只能同时激活/抑制靶向模块，无法实现多个代谢模块的独立、正交和时序调控。此外，大多数胞内代谢物缺乏与之对应的生物传感器，这极大限制了基因回路的普适性。

　　首先，利用大肠杆菌噬菌体中温敏型转录因子突变体CI857的调控机制，设计并创制了多个不同激活点（30°C、32°C、34°C与37°C）的温敏型生物传感器。

　　其次，将多个不同激活点的温敏型生物传感器进行联用，构建了一种可以对多代谢模块进行时序激活调控的单输入多输出（SIMO）基因回路，并对该基因回路的正交性与功能性进行了验证。

　　随后，将温敏型生物传感器与基于CRISPRi的逻辑“非”门进行耦合，构建了一种可以对不同代谢模块进行激活与抑制的双功能基因回路，并对该基因回路进行了功能验证。

　　在上述研究基础上，在B. subtilis内重构了2’-FL代谢途径，并将其分为3个模块：2’-FL合成模块、GTP供给模块、竞争途径模块。利用激活点为34°C的温敏型生物传感器构建激活回路并应用至2’-FL合成模块，通过对不同靶点基因的组合优化控制，2’-FL的摇瓶产量提高至755.0 mg/L。

　　利用激活点为37 °C的温敏型生物传感器，构建抑制回路动态下调糖酵解途径与磷酸戊糖途径，实现了2’-FL合成模块与竞争模块解偶联时序调控。通过组装不同强度的抑制位点，实现了代谢流的最优调控，2’-FL的产量达到1399.5 mg/L。在此基础上，利用激活点为34°C的温敏型生物传感器，将GTP供给模块与2’-FL合成模块偶联激活，2’-FL的产量进一步提高至1839.7 mg/L。

　　最后，在5-L发酵罐上进行放大发酵，对该调控系统的稳定性与鲁棒性进行验证。种子首先在500 mL摇瓶30°C培养10h，含LB培养基125 mL。将种子接种至5-L生物反应器中，并采用时序调控策略进行培养（0-12h培养温度30°C，12-18h培养温度34°C，18-80h培养温度37°C）。培养过程中pH始终维持在6.5。调节搅拌速率和通气，溶氧控制在20%-30%。在分批补料式培养中，补料溶液含600 g/L蔗糖，保持反应器中蔗糖浓度在10 g/L以上。补料溶液含200 g/L乳糖，保持反应器中乳糖浓度在10-30 g/L水平。经发酵放大验证，2’-FL的产量达到28.2 g/L，多模块时序调控系统在生物反应器中具有良好表现。

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