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蛻變:木糖醇高產菌的進化之路

大家好,我叫XYL335,是一株木糖醇高產菌,對,就是口香糖里常用的那種甜味劑。與今天的很多參會代表們一樣,也是通過代謝工程鍛鍊出的的工業高產菌株。我能將植物原料中豐富的木糖轉化為木糖醇。今天非常榮幸能與大家分享我是如何從一株普通的大腸桿菌經過歷練,成長為木糖醇高產菌的,希望大家能從中收穫一些對自己有用的東西。

我出身平凡

我出身自極其普通的大腸桿菌家族,由於我們培養方便、繁殖快、結構簡單,所以被科學家選定,作為細菌界的代表來研究。我們家族也很看重這個榮譽,所以一直勤勤懇懇地配合科學家們的工作。經過幾十年的發展,我的家族的成員們接連成為了生物產業的明星。剛剛出來闖天下的我也是一直乖乖地聽話,相信自己會像家族中的那些明星成員一樣有用武之地。雖然我也對食物不太講究,但也還是偏愛更好消化的葡萄糖和蔗糖這些細糧。忽然有一天,科學家給了我一些木糖,雖然不太好吃,但為了將「不挑食」這一家訓堅持下去,我還是儘可能地多吃了一些。不知什麼原因,之後的我肚子有些難受,雖然我依然打算繼續堅持,但細心的科學家還是發現了我的異常。

經過科學家的仔細檢查和分析,發現原來我並沒能把木糖完全消化掉,而是將少量的木糖轉化成了木糖醇。當時我很擔心科學家會把我當成缺陷品而拋棄。然而,我錯了,命運給我開了一個玩笑,或者不如說是驚喜——我將因自己的這種缺陷而特別!因為在科學家們眼裡,我合成的木糖醇是一種非常好的東西,能替代傳統的食糖,安全地添加在食品、藥品和化妝品中。知道這個消息以後,儘管木糖確實不太好吃,但我還是儘力多吃,希望能多生產出一些木糖醇。

鳳凰涅槃

科學家們說,我的體內存在這樣一條代謝途徑,它能將外來的木糖在木糖還原酶的作用下轉變為木糖醇,其中的一部分就作為養料消化掉,沒被消化的部分就成為了人們可以回收的產品。不過單靠我自身的努力還是遠遠不夠的,在科學家的幫助下,我接受了一場接一場煉獄般的代謝途徑升級改造。每經過一次改造,都會我的一些基因都會被去除,或者換上一些新的基因。每一次,我都要經歷抗生素的篩選,但每一次,我都咬緊牙關挺了過來。

起初,他們在我的基因組中多加了一份編碼木糖還原酶的基因,希望我能更好地消耗木糖,然而這並沒有使我比之前更愛吃木糖。不過科學家們本著「他山之石,可以攻玉」的觀點,用來自真菌的木糖還原酶替換掉了我的木糖還原酶基因。經過這次大改動,我很開心地發現自己越來越喜歡吃木糖了。然而,科學家們並沒有表現出多大的歡欣,原來,雖然我吃了更多的木糖,卻沒有合成更多的木糖醇。這樣下去不就是個飯桶嗎?我又獨自消沉了起來。

但科學們沒有放棄,他們認為,既然我們成功地在代謝途徑中為木糖醇開了源,那麼接下來就可以通過節流而讓木糖醇積累起來了,於是就對我進行了第二次改造:去掉了我體內分解利用木糖醇的基因……對不起,我想起辛酸事來了,因為那段日子可真是難熬呀——我想吃卻消化不了,想工作卻沒力氣,所以最後生產的木糖醇還是很少。不過在科學家發現異常,而為我供給了一些葡萄糖做口糧後,我頓時變得有了力氣,精神飽滿地將大量的木糖轉化成了木糖醇。

我努力的結果也給了科學家們信心,他們決定繼續幫助我改造。在第三輪改造中,科學家進一步提高了之前換進來的木糖還原酶的基因的表達量,將開源作用發揮到了極致。最終,這成就了現在的我。

後來,科學家還專門為我研製了最合適的培養基,我便可以一直以最佳效率生產木糖醇了。自那時以來,我就肩負著木糖醇的生產任務一直努力到現在。


努力沒有終點

木糖醇的市場需求量很大,但產量卻依然有限,這是因為作為原料的木糖的價格比較高。不過,科學沒有終點,我的努力也不會停下。我很快就要接受又一輪改造,如果成功的話,我或許能將廉價的纖維素轉化成木糖醇,從而大大降低原料成本。

請允許我最後做個總結:平凡的出身並沒有讓我妄自菲薄,用途得當的話,有缺陷的特質也會變成有價值的閃光點,遺傳工程改造讓我突破了自然進化的限制。俗話說,吃得苦中苦,方為人上人,如今的高產工程菌之所以能在生物化工領域佔據重要地位,做出非凡貢獻,靠的也是這個。我希望,無論是今天坐在後排的新星菌株,還是坐在前排的已經成就了一番事業的明星菌株,都要繼續努力,勇敢地面對接受改造的風險和挑戰,爭取成為菌上菌!

謝謝大家!




蛻變:木糖醇高產菌的進化之路

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作者寫於2016-06-17
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