32、蓝细菌代谢网络重编程与生物钟调控在生物技术中的应用

蓝细菌代谢网络重编程与生物钟调控在生物技术中的应用

1. 蓝细菌简介

蓝细菌是唯一能够进行产氧光合作用的原核生物，这一过程与植物类似，可固定二氧化碳和太阳能并释放氧气。与高等植物相比，蓝细菌生长速度更快，遗传系统相对简单，易于操作，且其培养无需耕地。许多蓝细菌物种还能从大气中固定氮。

近年来，由于全球二氧化碳排放增加以及开发可再生能源的迫切需求，研究人员将蓝细菌开发为微生物细胞工厂的底盘，用于生产各种生物燃料和商品化合物，如碳水化合物、脂质、蛋白质、醇类、色素和药物前体等。然而，目前蓝细菌生产的产品滴度仍远低于高度优化的酵母或大肠杆菌菌株。与这些异养生物相比，蓝细菌碳同化速率缓慢以及代谢调控机制不明，阻碍了其化学品生产的合理改进。

蓝细菌也是目前已知唯一拥有强大生物钟的原核生物，这使其成为研究昼夜节律机制的理想模型。一个真正的昼夜节律需要满足三个标准：在恒定条件下持续存在且周期接近 24 小时、可被同步化以及具有温度补偿能力。自 1986 年在固氮蓝细菌 Synechococcus sp. RF - 1 中首次发现生物钟以来，人们对蓝细菌生物钟进行了大量研究，其中聚球藻 Synechococcus elongatus PCC 7942 成为研究昼夜振荡机制最为深入的蓝细菌模式菌株。

2. 常用蓝细菌模式菌株

虽然地球上有大量的蓝细菌，但只有少数模式菌株得到了深入研究，每种菌株都有其自身特点，如下表所示：
| 菌株 | 染色体大小 | 内源质粒 | 生理特征 | 最适生长温度 | 核心生物钟基因 |
| — | — | — | — | — | — |
| Synechococcus PCC 7942 | 2.