使用甲醇等可再生碳源替代葡萄糖等传统碳源，有助于实现“双碳”目标并推动可持续制造。但多数工业微生物难以同化这些新碳源，即便导入异源甲醇同化通路，菌株仍难以在仅含甲醇的培养基上生长。通常，实验采用“营养缺陷-逐步戒断”的自适应进化（ALE）策略，即通过基因敲除构建对目标碳源有依赖性的起始菌株，并在含目标碳源与辅助碳源的培养基中逐步降低辅助碳源，以促使菌株能在仅含目标碳源的条件下生长。该流程关键在于如何设计合适的进化起始菌株或如何精准筛选应敲除的基因靶点，从而构建出依赖未适应碳源的起始菌株。
针对上述问题，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马红武和副研究员蔡敬一、袁倩倩团队提出了AdaptUC框架，即基于基因组尺度代谢模型与双层混合整数规划的一体化生信设计工具，用于自动预测ALE所需的起始菌株敲除组合。AdaptUC引入了两类评价指标：一是未适应碳源/共底物利用比（UC/Co），用于衡量对新碳源的依赖度；二是该研究提出的创新性目标函数底物同化驱动力（SADF），以每单位未适应碳源摄取所带来的生长增益来量化进化驱动力，直接对应ALE中逐步削减共底物时的选择压力。相较于传统的最大化单一通量设计策略，SADF更关注“单位摄取→单位生长”的回报率，从而更贴合阈值降低式的进化实验设计。
同时，基于iML1515代谢网络模型（E. coli）和iCW773代谢网络模型（C. glutamicum）的案例研究表明，AdaptUC重现了文献中五种已验证的甲基营养菌设计，并预测出多组新的优选敲除方案，在理论生物量、UC/Co及SADF指标上均表现更佳。进一步，研究人员发现，由未适应碳源独自合成的生物质前体在总体生物量中所占比例与SADF呈显著负相关。这提示该依赖度或是影响进化驱动力的重要因素，即当较小比例的前体依赖甲醇合成时，每单位甲醇带来的生长收益更高，从而使SADF更大、选择压力更强，菌株也更容易通过ALE适应新碳源。
该研究将高通量靶点筛选与进化驱动力量化结合，为构建以未适应碳源为目标的菌株提供了可操作的计算准则与框架。同时，该研究提出的SADF为适应性进化设计引入了新的工程视角，该方法可进一步拓展至甲酸、木糖等其他可再生碳源及多种工业菌株。
相关研究成果发表在Research上。研究工作得到国家自然科学基金委员会和科学技术部的支持。
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AdaptUC算法、底物进化初始菌株的代谢工程靶点预测与新底物利用进化推动力分析示意图
工业菌种是生物制造的重要竞争力。研究微生物底盘并发现与目标产品生产相关的高效功能元件是工业菌种领域的研究热点。谷氨酸棒杆菌是氨基酸工业生产的主力菌。而谷氨酸棒杆菌基因组约50%的基因功能尚不明晰，功 11月13日，教育部召开学习贯彻落实习近平总书记给中国国际大学生创新大赛参赛学生代表重要回信精神座谈会。教育部党组书记、部长怀进鹏出席会议并讲话。教育部党组成员、副部长吴岩主持会议。 怀进鹏指出，习近平 本报北京11月5日讯（记者 林焕新）受国务院委托，今天，教育部党组书记、部长怀进鹏向全国人大常委会报告建设中国特色、世界一流的大学和优势学科（以下简称“双一流”建设）工作情况。报告指出，教育部、财政部、国家发展改革 中国教育报-中国教育新闻网北京11月11日讯（记者 林焕新）学前教育法明确“幼儿园应当把保护学前儿童安全放在首位”。实践中如何落实？在今天教育部举行的新闻发布会上，教育部基础教育司司长田祖荫 家庭是孩子的第一个课堂，家长是孩子的第一任教师。家长的言传身教，对孩子人格形成、习惯养成、价值观确立等各方面有着持久而深刻的影响。新近出台的《学前教育法》是明晰了学前教育阶段家长的 中国教育新闻网讯(记者 李小伟）11月4至5日，第二届山东省幼儿体育大会在风景秀丽的临沂奥体公园体育馆举办。临沂市幼儿体育试点园优选体育游戏展示；各显神通、力拔山河、腰旗橄榄球、手球等试点 。本文链接：研究开发新型底物利用进化起始菌株设计算法http://www.sushuapos.com/show-12-1651-0.html
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