通过同时添加碳源对K. phaffii培养物进行系统性干扰，可以观察到与重组蛋白生产相关的基因特征

《Microbial Cell Factories》：Systematic perturbation of cultures of K. phaffii by carbon co-feeding show gene signatures associated with production of recombinant proteins

高效微生物蛋白生产代谢调控机制研究 通过碳源扰动诱导毕赤酵母基因表达谱变化，发现31个与蛋白生产负相关的基因靶点，其中9个基因提升IgG1产量达3倍，10个基因提升VHH产量达1.7倍。研究建立基因表达谱与碳源响应型表型的关联框架，为代谢工程优化提供可扩展的跨宿主、跨蛋白应用模型。

　　

摘要

背景

对重组蛋白的需求正在迅速增长，这主要是由于它们被用作生物治疗剂、疫苗成分、工业酶和食品添加剂。随着市场的扩大，需要新的策略来提高细胞宿主中的蛋白质产量。虽然已经采用了系统级框架来提高产量，但在将复杂的细胞代谢途径与蛋白质表达联系起来方面存在困难。在这里，我们展示了一种方法，用于绘制基因表达特征与重组蛋白生产相关的碳源表型之间的关系。

结果

我们的方法通过使用不同的碳源混合物对K. phaffii培养物进行了系统的干扰实验。不同的碳源显著影响了细胞生长、特定生产力和转录状态。利用这些数据，我们确定了与免疫球蛋白G1单克隆抗体（IgG1）及其重链可变结构域（VHH）抗体相关的代谢基因（metagenes），这些基因能够解释大量的转录组变异。这些代谢基因与两种表型密切相关：重组蛋白产量与生物量的比例，以及对甲醇诱导的反应。我们利用这些结果识别并敲除了31个新的基因靶点，这些基因的表达与生产力呈负相关。其中9个基因使IgG1的生产力提高了多达3倍，10个基因使VHH的生产力提高了多达1.7倍。许多这些基因参与了细胞周期的调节和进展，但有趣的是，对这些基因的干扰对细胞生长几乎没有影响。

结论

本研究建立了一个将基因特征与复杂细胞表型联系起来的框架，为评估生产过程和识别细胞工程的新靶点提供了可靠的方法。虽然所确定的特定代谢基因取决于所生产重组蛋白的复杂性和结构，但该框架可以应用于多种蛋白质和其他宿主生物。这些特征可以作为独立于规模的、细胞水平的指标，用于衡量重组蛋白的生产效率等特性，从而便于在不同规模和培养模式下推广研究结果。此外，该框架还能够识别可用于改进菌株性能的基因组修饰靶点，为高性能微生物细胞工厂的合理设计提供了预测工具。