酶底物抑制效应是影响微生物异源生物合成天然产物效率的主要因素之一，尤其是存在于生物合成途径的中间环节时，特别不利于目标产物的合成。然而如何有效去除底物抑制目前报道不多。近期，我国科学家构建了高效异源生物合成类胡萝卜素的细胞工厂，研究成果发表在《Nature Communications》期刊，标题为“Removal of lycopene substrate inhibition enables high carotenoid productivity in Yarrowia lipolytica”。

高浓度的底物番茄红素对番茄红素环化酶有强烈的抑制作用，是利用解脂耶氏酵母生物合成类胡萝卜素的主要限制因素。为了克服这个瓶颈，研究人员建立了两种独立的方法：第一种是通过蛋白质工程对番茄红素环化酶进行改良，获得的突变体Y27R能够完全解除底物抑制且不降低酶活性；第二种是建立一个调控代谢的流量控制器，限制番茄红素合成速率，从而控制其浓度处于抑制水平之下，在不触发底物抑制的前提下，确保足够多的代谢流量用于合成β-胡萝卜素。这两种方法都能高效生产β-胡萝卜素，最终使得β-胡萝卜素的产量达到了39.5克/升。

该研究以解脂耶氏酵母异源生物合成β-胡萝卜素为例，揭示了两种独立的几乎完全解除底物抑制的代谢工程策略，为在细胞工厂消除底物抑制生产高价值化合物提供了参考。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28277-w