L-精氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于饲料、医药、食品等领域。目前，以工程化的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌等微生物为催化剂，通过微生物发酵的方法生产L-精氨酸是该产品的主要生产方式。合成生物学在其高效合成中的研究进展主要体现在以下几个方面：

一、改造合成途径关键酶

在大肠杆菌中，乙酰谷氨酸合成酶ArgA是L-精氨酸合成途径的关键限速酶，会受到终产物L-精氨酸的反馈抑制。通过基因工程技术对ArgA进行改造，使其不再受L-精氨酸的反馈抑制，可促进它的合成。在谷氨酸棒杆菌中，关键限速酶是乙酰谷氨酸激酶ArgB，同样可采用类似方法解除其反馈抑制，提高其产量。

二、解除转录抑制

在谷氨酸棒杆菌中，阻遏蛋白ArgR和FarR会结合在L-精氨酸合成操纵子的相关基因上游，抑制转录。通过基因编辑技术敲除或弱化这些阻遏蛋白的编码基因，可解除对其合成相关基因的转录抑制，从而增加它的合成。大肠杆菌中L-精氨酸合成途径也受ArgR的转录负调控，采取类似策略也能提升产量。

三、阻断降解途径

通过分析L-精氨酸在微生物细胞内的代谢途径，确定参与其降解的酶和相关基因，然后利用基因敲除技术将这些基因敲除，阻断它的降解途径，使更多的前体物质用于L-精氨酸的合成。

四、强化辅因子供应

L-精氨酸合成过程需要辅因子NADPH和ATP等参与。通过优化磷酸戊糖途径、TCA循环途径等，可促进辅因子NADPH的再生。如在钝齿棒杆菌中，向磷酸戊糖途径的相关基因添加降解标签、替换RBS结合位点或插入强启动子等，调控碳通量，促进了NADPH的再生，提高了L-精氨酸产量。另外，通过增加ATP的供应，也能为其合成提供能量支持。

五、构建高效筛选体系

基于生物传感器的高通量筛选技术可用于筛选L-精氨酸高产菌种。

六、优化氨甲酰磷酸合成途径

氨甲酰磷酸为L-精氨酸的生物合成提供氨基甲酰基团。江南大学饶志明教授团队以钝齿棒杆菌为底盘细胞，敲除氨甲酰磷酸合成酶CPS II的大亚基编码基因carB，然后串联表达CPS II编码基因提高酶活，并替换谷氨酰胺合成酶GS编码基因的启动子，增加底物供给，使其产量显著提高。该团队还通过引入新的氨甲酰磷酸合成途径，提高了胞内氨甲酰磷酸总合成速率，最终使重组菌株在 5L 发酵罐水平的L-精氨酸产量较原始菌株提高了54.5%。

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