合成生物學領域是備受關注的新興領域。通過設計和構建新的生物系統(tǒng)，或者改造現(xiàn)有的生物系統(tǒng)，合成生物技術能夠實現(xiàn)生物體的功能改造和新功能的創(chuàng)造。合成生物學在醫(yī)藥領域具有巨大的應用潛力。通過合成基因組和基因編輯技術，設計特定的藥物合成途徑，并改造微生物，使其能夠高效地生產(chǎn)藥物及中間體。這對于藥物開發(fā)和生產(chǎn)具有重要意義。

代謝工程是合成生物學中的關鍵技術，通過改造細胞的代謝途徑來生產(chǎn)特定的化合物是合成生物工業(yè)應用于藥物合成的重要路徑。代謝組學技術能夠有效應用于合成生物技術的“測試”環(huán)節(jié)，進行代謝環(huán)節(jié)監(jiān)測與表征。代謝途徑分析需要大量的數(shù)據(jù)處理和專業(yè)知識及技能，因此分析軟件包的支持是不可少的。

這里我們使用了自動預處理系統(tǒng)SPL-M100+GCMS-TQ8040 NX測量細菌細胞和培養(yǎng)基上清液中的代謝物(Fig.1)，然后使用多組學分析軟件包（Multi-omics analysis package）進行代謝途徑分析。

Fig.1 SPL-M100+GCMS-TQ8040 NX

為了從乙酰輔酶A中生產(chǎn)小分子藥物原料的前體 苔色酸，我們對質粒轉染的3株大腸桿菌BL21 (DE3)的細胞培養(yǎng)上清液進行了監(jiān)測分析。(Fig.2)

Fig.2 苔黑酚合酶（ORS）和環(huán)化酶的代謝途徑

(通過引入OAC酶，靶向形成小分子藥物材料的前體苔色酸)

樣品制備按照SPL-M100的標準方案進行，GC-MS采用多反應監(jiān)測(Multiple Reaction Monitoring, MRM)作為數(shù)據(jù)采集方式，在23分鐘的分析時間內(nèi)同時測量氨基酸、核酸、脂肪酸、有機酸等504種組分(表1)。

表1 分析條件

當對培養(yǎng)12、24和48小時的3個樣品中的每個樣品測量n=3時，每個樣品中檢測到大約400種化合物。樣品3中苔色酸的產(chǎn)量最高（Fig.3）。這表明通過質粒轉染樣品3中的Z基因對苔色酸的產(chǎn)量很重要。然而，12小時后，樣品3細胞中苔色酸的積累明顯減少。由于上清液比細胞含有更多的苔色酸，并且上清液在12小時后沒有減少，因此有可能苔色酸從細胞中洗脫到上清液中?；蛘呓?jīng)一定濃度和時間后，苔色酸可以形成聚合物。

Fig.3 比較三種樣品不同時間過程的代謝途徑

Fig.4 樣品3細胞中苔色酸的色譜圖

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