合成生物學(xué)正在醫(yī)藥、食品、材料等不同領(lǐng)域崛起為顛覆性技術(shù)，其主要目標是利用工程方法和設(shè)計原理來構(gòu)建合成途徑和優(yōu)化生物系統(tǒng)，以實現(xiàn)特定功能和產(chǎn)物的合成。然而，生命過程異常復(fù)雜，合成生物學(xué)在設(shè)計和改造生物系統(tǒng)方面面臨著許多挑戰(zhàn)，目前的設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí)工程循環(huán)仍然需要多次的試錯迭代，深入研究目標代謝通路及其調(diào)控機制對于實現(xiàn)高效的生物合成途徑和底盤構(gòu)建至關(guān)重要。在此背景下，功能性靶向代謝組學(xué)成為一種不可或缺的分析策略。在合成生物學(xué)途徑構(gòu)建中，能量代謝通路如糖酵解、三羧酸循環(huán)、戊糖磷酸途徑等是高頻選用的改造模塊，另一方面，能量代謝是生物體維持生命所必需的過程。

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在合成生物學(xué)研究中，對能量代謝途徑進行功能性靶向代謝組深入研究具有重要意義。通過功能性靶向代謝組學(xué)，研究人員可以獲得關(guān)鍵信息，促進代謝工程和能量合成的優(yōu)化：

克服磷酸糖同分異構(gòu)體分離難

通過采用 HILIC 柱、高 pH 值分析方法，能可靠定量同分異構(gòu)的磷酸糖，如 F6P 和 G6P，從而評價通路改造的效果。

解決核苷酸類化合物吸附問題

通過添加專用的去活試劑，改善峰形的同時保證 22 種核苷酸類化合物的有效分離，確保其定量準確性。

提供系統(tǒng)穩(wěn)定性確認依據(jù)

利用內(nèi)源性氨基酸亮氨酸和異亮氨酸確認色譜柱的分離效果，也可使用氨基酸混合標準品進行系統(tǒng)確認，解決能量代謝通路上極性代謝物種類多樣性和樣品來源多樣性導(dǎo)致的分析困難。

該方案能夠高度覆蓋各個代謝通路上的小分子代謝物，例如糖酵解通路的覆蓋率可達 100%。通過深入了解代謝物的變化，能夠更精準地闡釋生物學(xué)問題。

該方案不僅覆蓋了合成生物學(xué)中的五個重要功能代謝通路，包括三羧酸循環(huán)、糖酵解、磷酸戊糖途徑、氨基酸代謝和能量代謝，并不斷擴充覆蓋更多通路。結(jié)合多組學(xué)和細胞分析，方案能夠?qū)ι镒饔眠M行深入研究，提供全面的代謝信息支持。

除了覆蓋 NAD+、NADH、NADP+、NADPH 等重要能量代謝物之外，該方案還涵蓋其他關(guān)鍵能量代謝物，如 GSH、GSNO、GSSG 以及多種輔酶 A。此外，方案的結(jié)果還可以與 Seahorse 得到的活細胞狀態(tài)相結(jié)合，深入研究代謝工程中改造步驟與細胞代謝的時間相關(guān)性，從而進一步優(yōu)化代謝工程的設(shè)計。

結(jié)語

綜上所述，安捷倫功能性靶向代謝組學(xué)整體解決方案具有單一通路代謝物覆蓋度高、重要功能性代謝通路覆蓋廣和能量代謝通路覆蓋全的特點，可為合成生物學(xué)研究提供全面的代謝信息支持，助力高效合成途徑構(gòu)建。同時，該方案也可在疾病機理、藥物作用機制等其他生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。