杨祖明，李炳志

(1. 天津大学 系统生物工程教育部重点实验室，天津 300072；2. 天津大学 化工学院 天津化学化工协同创新中心，天津 300072)

代谢工程是发酵菌株改造的重要技术平台，通过引入外源途径或者改造优化代谢网络，从而将微生物改造成天然的“细胞工厂”。随着世界能源和经济结构的调整以及发展面临环境问题的日益突出，微生物发酵作为一种绿色环保的生产技术，在能源、医药、环境等行业被广泛应用，在工业生产领域也取得了丰硕的成果，如：青蒿素[1]、番茄红素[2]和1,4-丁二醇[3]等。

过去，代谢工程主要集中在通过实验分析，鉴定宿主细胞内代谢途径的限速步骤，确定关键节点，然后进行基因敲除和过表达，消除限速步骤。然而，尽管这些努力在实验室中取得了很多成功例子，但是真正能用于大规模工业生产的例子非常有限，主要集中在乙醇、丁醇、甘油、有机酸、氨基酸和抗生素等代谢物。近些年，合成生物学、分子生物学以及计算机科学的发展，为突破这些问题的限制提供了可能，在代谢网络分析、提高菌株性能、途径酶的共定位表达等方面提供了新的技术和策略支撑。

1 代谢网络分析

代谢工程是基于细胞代谢网络的系统研究。在对代谢途径进行合理地改造后,还需要对细胞整体的生理变化、代谢网络的结构和通量进行分析，然后提出合理可行的遗传操作方案。目前，分析这些代谢网络的方法主要有代谢通量分析( metabolic flux analysis，MFA)、代谢控制分析(metabolic control analysis，MCA)和通量平衡分析(flux balance analysis，FBA)(图1)。……