细胞内的代谢通量受胞内基因表达、转录调控、蛋白修饰、别构效应等调控体系共同作用。然而，目前关于细胞内代谢通量的详细调控机制存在较多未知，例如代谢通量的变化到底在多大程度上依赖基因表达以及有多大程度通过酶活力调控。酿酒酵母的Crabtree效应是重要的代谢调控表型，但该表型下各种调控因子对胞内代谢通量的相对贡献尚不清晰，尤其是对细胞代谢通量调控具有重要作用的蛋白磷酸化以及代谢物别构效应。它们对代谢通量变化的贡献尚无文献报道。
基于此，中国科学院天津工业生物技术研究所智能生物制造平台研究员夏建业团队、华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室教授庄英萍团队、瑞典查尔姆斯理工大学教授Jens Nielsen团队合作，开发出可识别在特定条件下发挥生理功能的别构效应剂的方法，并定量解析各调控因子（蛋白丰度、热力学约束、底物浓度、别构效应剂浓度及蛋白磷酸化）对代谢通量变化的贡献比例。
研究团队采用13C同位素标记的代谢通量分析方法获得有氧呼吸以及有氧发酵条件下酿酒酵母中心碳代谢途径的代谢通量分布情况，进一步采用分层调控分析方法确定了蛋白丰度和热力学约束共同对通量变化的贡献比例（约占12%）。在此基础之上，该团队进而采用贝叶斯推断方法识别具有生理代谢调控功能的别构效应剂，并将识别到的别构效应剂与底物作为整体，定量了它们贡献代谢通量变化的比例（约占19%）。磷酸化蛋白组调控流量分析的结果表明，蛋白磷酸化对糖酵解途径的代谢通量变化具有关键作用。
上述研究解析了酿酒酵母有氧呼吸以及有氧发酵条件下中心碳代谢途径代谢通量变化调控模式。同时，该研究表明仍有大量未知的调控因子对酿酒酵母中心碳代谢具有调控作用。此外，本工作使用到的方法具有较强通用性，可运用于其他菌种的代谢通量调控机制方面的研究。
相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金、克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会的支持。
日期：2023-07-05
