代谢工程在工业微生物育种中的应用
微生物代谢与工业应用
微生物代谢与工业应用微生物代谢是指微生物细胞内部的一系列生物化学反应，其中包括两种反应，一种是将外界物质转化为自身所需要的生物大分子，例如蛋白质、核酸、细胞壁等等，另一种是将细胞内生产的分子分解成能量或者废物排泄出细胞体外，同时这些反应还会产生一些副产物，例如某些酶活性物质等等。
而这些微生物代谢反应具有广泛的应用，尤其是在工业生产中的应用更为广泛。
因此，本文将从微生物代谢的角度出发，探讨微生物在工业应用中的潜力。
1. 微生物代谢与生物质转化微生物代谢将外界物质转化为自身所需要的生物大分子是微生物的一项非常重要的功能，尤其是在二代生物质材料转化中，微生物代谢反应在其中扮演了重要的角色。
例如将银杏叶子进行发酵，包括酸、碱、中性条件下的发酵，可以得到具有降糖效果的二代银杏素，以及更为纯净的银杏酯和银杏酸等等。
通过微生物代谢，人们可以转换生命体系中的各种成分，将不同来源、性质和结构的物质，通过微生物代谢反应的转化作用，转变为人体所需要的各种化合物，如蛋白质、脂肪、糖类等等，可以说是生物技术的一个创新方向。
2. 微生物代谢与工业废水处理红色P革兰氏菌是一种常被用于工业废水处理的微生物，它可以分解水中的有机物，例如含有甲苯、丙酮等有毒有机物的废水。
而在其中，微生物代谢反应扮演了关键角色，不论是出现在甲烷、硝酸盐、硫酸盐还是乙酸盐中，都是需要微生物代谢作用来帮助废物分解的，通过这个方式的利用，工业废水处理可以更为高效地进行。
3. 微生物代谢与发酵生产微生物代谢反应在发酵生产中也大有作用。
例如，柠檬酸的生产离不开微生物代谢反应。
其生产过程基于真菌Aspergillus Niger的发酵代谢反应，通过这个过程，可以高效生产出大量的柠檬酸。
同样的，酱汁生产离不开微生物代谢反应，在酱汁制备过程中，微生物通过代谢反应，将所需原料转化为所需的产物，例如葱、姜、蒜等等的代谢将转化为一种有味道的调味品。
4. 微生物代谢与生物降解技术生物降解技术是指利用微生物代谢反应来降解污染物的一种方法，它在石油类有机污染物、聚合物含量高的物质、金属复合污染物、染料类有机污染物等领域都有很大的应用。
工业微生物的代谢工程研究
工业微生物的代谢工程研究在当今的工业生产领域，微生物正发挥着日益重要的作用。
而工业微生物的代谢工程研究，作为一门融合了生物学、化学、工程学等多学科知识的前沿领域，为提高微生物的生产性能、开发新型生物产品以及解决一系列工业生产中的难题提供了强大的理论支持和技术手段。
工业微生物的代谢工程，简单来说，就是通过对微生物细胞内代谢途径的深入研究和精准调控，实现对微生物代谢过程的优化和改进。
其目的是使微生物能够更高效地合成我们所需要的产品，例如生物燃料、药物、食品添加剂等。
为了实现这一目标，研究人员首先需要对微生物的代谢网络有一个全面而深入的了解。
这就好比要熟悉一座城市的交通网络，需要知道每条道路的走向、连接点以及交通流量。
微生物的代谢网络由一系列复杂的生化反应组成，这些反应相互关联、相互影响，共同构成了一个动态的平衡体系。
通过现代生物技术手段，如基因组测序、转录组分析、蛋白质组学等，研究人员能够获取微生物代谢网络的详细信息，从而为后续的代谢工程改造提供基础。
在了解了微生物的代谢网络之后，接下来的关键步骤就是对其进行合理的设计和改造。
这就像是对城市的交通网络进行重新规划和建设，以提高交通效率。
研究人员可以通过基因编辑技术，如 CRISPRCas9系统，对微生物的基因组进行精准修饰，从而改变特定基因的表达水平或者引入新的基因，实现对代谢途径的优化。
例如，如果我们希望微生物能够大量合成某种特定的产物，就可以增强与该产物合成相关的基因的表达，或者敲除那些竞争代谢途径中的关键基因，从而使代谢流更多地流向目标产物的合成方向。
除了基因层面的改造，对微生物的培养条件和发酵工艺进行优化也是代谢工程研究的重要内容。
不同的培养条件，如温度、pH 值、溶氧水平等，会对微生物的代谢过程产生显著影响。
通过对这些培养条件的精细调控，可以有效地提高微生物的生产性能。
此外，发酵工艺的改进，如采用连续发酵、固定化细胞发酵等技术，也能够提高生产效率、降低生产成本。
代谢工程在生物制造中的应用
代谢工程在生物制造中的应用随着生物技术的快速发展，人们对代谢工程在生物制造中的应用越来越重视。
代谢工程包括利用遗传、途径和代谢网络改良、优化代谢途径，以及筛选出更高效率具有工业应用价值的微生物等手段，可以用于生产批量化的工业化产品，如药物、食品、生物燃料和化学品等。
代谢工程在药物生产中的应用：以抗生素生产为例，代谢工程可以通过基因工程技术，通过改变微生物基因组并优化遗传信息来提高其抗生素产量。
比如，利用基因重组技术将青霉素合成途径中的关键酶进行改变和删减，用以改进青霉素的合成途径并提高其产量，使得酵母在相同的培养条件下即可生产出更高品质的青霉素。
代谢工程在食品工业中的应用：利用代谢工程，人们可以通过改造微生物代谢途径来生产更多健康安全的食品成分，如人体所需的氨基酸、有机酸等。
例如，利用大肠杆菌等氨基酸生产菌株，满足人体对必需氨基酸的需求。
代谢工程在生物燃料中的应用：通过代谢工程，人们可以利用微生物转化废弃物和生物质为环保型的生物燃料，例如生物气和生物柴油。
其中，利用各种微生物对废弃物进行分解和转化，将废弃物转化为有用的能源。
代谢工程在化学工业中的应用：代谢工程在化学工业中的应用主要在由微生物催化合成各类高分子化合物中发挥作用。
例如聚乳酸、聚乙二醇等高分子化合物的合成，可以利用代谢工程，通过选择合适的微生物及培养条件，来进行催化合成，使得生产效率得到提高。
代谢工程应用的优点和未来的趋势：代谢工程应用有许多的优点，其中最为突出的就是其生产效率高、成本低、环保性好等闪闪发光的特点。
此外，代谢工程技术人机模型紧密结合，从而能够快速、高效地实现对遗传途径调控、代谢调控以及代谢表达调控等技术，进而促进微生物代谢功能的进一步优化，提高微生物的应用价值。
未来，代谢工程应用将会更加深入，如微生物之间的协同作用、代谢物的基因调控等技术将会更加成熟，得以进一步提高生产效率和产品质量。
同时也有人们更多关注代谢工程技术在医疗、农业和环保等领域中的应用，以期推动生物技术和代谢工程技术的不断发展，让或让科学对世界发展之路做出更大的贡献。
微生物代谢工程的应用与前景
微生物代谢工程的应用与前景微生物代谢工程是一种基于生物学的工程学科，旨在利用微生物的天然代谢途径，设计和构建生成某些有用化合物的生物转化过程。
代谢工程利用生物学的知识，通过基因改造，可控调节微生物的代谢途径，使之合成一些新的分子，这些分子可用于制药、化学工业、能源等领域。
微生物代谢工程的发展，有着广泛的应用与前景。
1. 新型药物的研究开发目前，利用微生物代谢工程技术进行生产，已成为许多药物的主要生产手段。
比如，利用大肠杆菌代谢途径合成抗生素、激素、抗癌药物等效果显著。
此外，利用微生物代谢工程制备的药物，其质量更加稳定，纯度更高，相对于化学合成的药物，其环保、低成本，可持续性等优点更加明显。
而这一方法的发展还具有极大的潜力，可以将对某些疾病治疗效果显著的天然化合物和酶类生物合成的化合物产业化，例如，对于抗糖尿病的化合物、抗肿瘤化合物等。
2. 新型绿色能源生产微生物代谢工程技术也可应用于绿色能源领域。
例如，某些微生物可以利用光合作用产生生物燃料，并将其转化为生物质燃料、氢气等能源。
而与传统化石能源不同，这些燃料产生的二氧化碳循环利用，具有无排放、无化学污染等绿色环保优势。
这些新型绿色生物燃料和绿色能源，将为环保事业和可持续发展做出巨大的贡献。
3. 次世代高附加值化工原料微生物代谢工程技术的应用，拓展了化工原料生产的新思路，打破了对传统化工原料生产的依赖，例如，某些微生物中的酶、蛋白质、代谢物等，已经成为生产高附加值原料的重要来源，这一趋势逐渐引起了人们的关注。
放眼未来，如果将微生物代谢工程技术整合进化学合成的流程，将会获得更多次世代高附加值化工原料。
总的来说，微生物代谢工程技术的发展具有广阔的前景。
将此技术应用于新药的研发、绿色能源和新型原料的产生，有助于解决环保及可持续发展等相关问题。
在此背景下，微生物代谢工程技术在科学研究以及商业领域中的应用前景非常广泛，它将为人类可持续发展和生态环境保护做出越来越大的贡献。
微生物和代谢工程的应用
微生物和代谢工程的应用生命体的正常运转，离不开生物代谢，而代谢的过程中，微生物的作用显得尤为重要。
微生物不仅能够消化有机物质，还能够合成蛋白质、抗生素等物质。
代谢工程则能够在微生物基础上，修改其代谢途径，实现人工构建微生物的功能改造，进而为人类创造出更多实用价值。
微生物和代谢工程的应用有哪些呢？一、微生物生产抗生素抗生素作为一类特殊的药物，能够抑制和杀灭细菌等微生物的生长。
抗生素的合成，大部分来源于微生物。
例如，青霉素类抗生素来自青霉菌，土霉素则来自土壤中的一些微生物。
不过，目前市场上常见的抗生素生产方式，都是通过人工合成或者提取、分离纯化的方式获得。
这种方法，全部化学合成的成本高昂，且合成物复杂度高，并且生产难度较大，工艺不稳定，选用微生物合成可以绕开这些困难。
二、微生物生产乳酸乳酸是一种常用的食品和化妆品原料，也被广泛应用于工业生产中。
采用微生物代谢的方法，可以实现高效、稳定、无污染、低成本地生产乳酸。
以糖为碳源的发酵过程中，革兰氏阳性菌可以稳定、高效地发酵产生优质乳酸。
因此，采用微生物代谢工程的方案是该领域的一个重要趋势。
三、微生物生产氢气氢气作为一种高品质、清洁能源，具有极高的应用价值。
采用微生物代谢工程的方案，能够实现通过生物发酵的方式生产氢气。
这个方法被称为“生物水解”，主要是指利用微生物对废弃物和有机废料等物质进行水解和发酵，产生氢气。
具体而言，微生物首先将废弃物或有机废料中的有机物质分解为简单的小分子，然后通过代谢生成氢气。
这种方法不仅资源利用率高，还能够在处理废弃物的同时提供一种清洁能源。
四、微生物生产氨基酸氨基酸是一类重要的生物大分子，具有广泛的应用场景。
采用微生物代谢工程的方法，可以实现氨基酸的高效合成。
这种方法的基本思路是，利用微生物转化酵素将底物转化成氨基酸。
目前常用的氨基酸生产微生物有革兰氏阳性菌、大肠杆菌等。
五、微生物生产蛋白质利用微生物的生产力，可以实现高效的蛋白质生产。
微生物代谢工程的应用和发展
微生物代谢工程的应用和发展随着生物技术的不断发展，微生物代谢工程成为了一个研究热点。
微生物代谢工程是利用生物反应器等技术手段对微生物进行代谢调控的过程。
通过改造微生物代谢通路，可以实现微生物合成物质的定向调控，从而实现高效、低成本的工业生产。
在食品、医药、生物燃料等领域，微生物代谢工程具有广泛的应用前景。
微生物代谢工程的基础微生物代谢工程的基础是深入了解微生物代谢通路。
微生物代谢通路是微生物在生长过程中进行物质转化的通道。
通过了解微生物代谢通路，可以明确不同物质在微生物体内的合成途径，进而进行代谢调控。
微生物代谢通路主要包括糖类代谢通路、氨基酸代谢通路、脂肪代谢通路等。
对不同微生物代谢通路的特点、反应条件等进行深入探究，可以为微生物代谢工程提供基础。
应用领域微生物代谢工程已经在许多领域展现出了应用前景。
食品工业微生物代谢工程在食品工业中的应用主要集中在糖醇和酸类的生产。
糖醇是一种低热量的甜味剂，可以替代传统的蔗糖和糖精，具有广阔的应用前景。
利用微生物代谢工程，可以实现糖醇的高效、低成本生产。
酸类是食品品质的重要指标之一。
传统的酸类生产方式往往需要大量的能源和原材料，成本较高。
微生物代谢工程可以通过调控微生物代谢通路，实现酸类的高效生产。
医药工业微生物代谢工程在医药工业中的应用主要集中在抗生素和蛋白质的生产。
抗生素是医疗领域中重要的药物之一，但是传统的生产方式往往需要使用大量的抗生素原料，其成本和环境压力都比较大。
微生物代谢工程可以通过改造微生物代谢通路，实现抗生素生产的高效、低成本。
蛋白质是生物药物的重要成分之一，但是传统的蛋白质生产方式需要从动物和植物中提取，成本较高。
微生物代谢工程可以利用微生物进行蛋白质的大规模生产，提高生产效率，降低成本。
生物燃料工业微生物代谢工程在生物燃料工业中的应用主要集中在生物柴油和生物乙醇的生产。
生物柴油是一种新型的清洁能源，可以降低空气污染和温室气体排放。
生物柴油的生产需要使用大量的生物油脂，但是传统的生产方式往往需要使用大量的化学合成剂，成本较高。
第六章 工业微生物代谢控制育种
葡萄糖 6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸
ATP ADP
NAD+ NADH+H+ NAD+
5 -P-核酮糖
NADH+H+
异构化作用
5 -P-木酮糖
磷酸戊糖酮解酶
乙酰磷酸 3 -P-甘油醛
NAD+ NADH+H+ 2ADP+Pi Pi CoA
2ATP
乙酰CoA
-2H
丙酮酸
-2H
乙醛 CO2 乳酸 乙醇
-2H
或有氧条件下均能发生。
2、HMP途径
又称戊糖磷酸途径、己糖单磷酸途径。
可与EMP途径或ED途径同时存在，在厌氧 或有氧条件下均能发生。 特点：葡萄糖不经EMP途径和TCA循环而彻 底氧化。
HMP途径的生理意义
供应合成原料
产还原能力 作为固定CO2的中介 扩大碳源利用范围 连接EMP途径
4、TCA途径
即三羧酸循环、又称Krebs循环或柠檬酸循环。
在大多数好氧微生物中都发现该条途径的 功能和完整的循环；但在兼性厌氧微生物中只 在有氧的条件下完整的TCA循环才有功能。许 多厌氧微生物有一个不完整的TCA循环，用于 生产生物合成的前体。
TCA的生物学意义
是生物体代谢糖的主要方式，具有普遍性。
无机磷阻遏大肠杆菌中磷酯酶的合成，……
含硫氨基酸阻遏黑曲酶蛋白酶的合成，……
（五）反馈调节
指调节代谢过程中酶的活性。
降解酶通常受到诱导和分解代谢物调节的控制，合 成酶主要受反馈调节的控制。
反馈抑制和反馈阻遏
二、微生物的初级代谢与次级代谢
微生物代谢工程的研究与应用
微生物代谢工程的研究与应用微生物代谢工程是一种将微生物的代谢途径进行改造，以生产特定化合物的技术。
这种技术在生物制药、食品工业、化学工业等领域都有广泛的应用。
本文将介绍微生物代谢工程的研究与应用。
微生物代谢工程的研究主要涉及到以下几个方面：1. 代谢通路的构建代谢通路是微生物生产化合物的关键步骤。
通过对微生物代谢途径的分析，可以构建出新的代谢通路，从而实现对目标化合物的生产。
例如，通过对大肠杆菌代谢途径的研究，可以构建出一条新的代谢通路，使其能够生产出丙酮酸乙酯等有用化合物。
2. 基因工程技术基因工程技术是微生物代谢工程中不可或缺的一环。
通过基因工程技术，可以对微生物的基因组进行改造，以实现对代谢通路的调控。
例如，利用CRISPR-Cas9技术可以实现对微生物基因组的精确编辑，从而改变其代谢途径，并生产出目标化合物。
3. 代谢调控策略代谢调控策略是指通过调节微生物代谢途径中的关键酶活性，以实现对目标化合物的生产。
例如，在乳酸菌中，通过调节丙酮酸酶和乳酸脱氢酶活性，可以实现对乳酸和丙酮酸产量的调控。
4. 代谢工程模型代谢工程模型是指利用数学模型来预测微生物代谢途径中各个环节的反应速率和代谢产物的生成量。
通过建立精确的代谢工程模型，可以更好地预测微生物在特定条件下的代谢行为，并优化其代谢通路，以实现对目标化合物的高效生产。
微生物代谢工程在许多领域都有广泛的应用。
以下是其中几个领域的应用案例：1. 生物制药微生物代谢工程在生物制药领域有着广泛的应用。
例如，利用大肠杆菌等微生物进行重组蛋白质的生产，已经成为一种常见的制药方法。
通过对微生物代谢通路的改造，可以实现对重组蛋白质的高效生产，并降低制药成本。
2. 食品工业微生物代谢工程在食品工业中也有着广泛的应用。
例如，利用乳酸菌进行酸奶等乳制品的发酵，已经成为一种常见的食品加工方法。
通过对乳酸菌代谢途径的改造，可以实现对乳制品发酵过程中产酸量和口感等方面的调控。
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代谢工程在工业微生物育种中的应用摘要：传统的诱变育种仍是目前发酵工业菌种选育中最常用的育种技术，以基因工程技术为主的多元化育种方式的发展，为代谢途径操作引入了全新的理念和方法，使代谢工程得以发展。
代谢工程是对细胞代谢网络的代谢流量及代谢控制进行定量地、系统地分析，并通过DNA重组技术和相关的遗传学手段对微生物细胞进行代谢改造，提高其目的产物代谢量。
本文论述了微生物代谢工程的理论基础及其在发酵工业微生物育种中的应用现状。
关键词：代谢工程；代谢途径；菌种选育发酵工业自20世纪40年代发展至今，在青霉素等抗生素的发酵生产、赖氨酸等一系列氨基酸的发酵生产以及核苷酸、有机酸等物质的发酵产业发展中起了极其重要的作用。
在工业微生物育种的过程中，对个别基因进行改造的经典基因工程技术不能保证对微生物代谢网络结构和功能的准确分析和高效利用，影响了相关行业的生产效率的稳定和经济效益的提高。
目前，几乎所有重要工业微生物模式菌种的基因组全序列已经或即将公布，转录组、蛋白质组、代谢组、通量组等数据资源正在迅速扩展。
充分利用组学数据中包含的有用信息，可以更有效地改造和控制细胞性能、提高底物利用以及产品的产率、改善微生物工业适应性，促进工业生物技术发展[1]。
菌种筛选和持续不断的改良贯彻于发酵生产过程的始终，以基因工程为核心的现代生物技术正越来越显示出其在菌种改良上的魅力，将最终成为微生物育种的主导技术[2]。
建立在重组DNA技术基础之上的代谢工程技术，可以更容易地选择菌种的改良靶点，构建具有新的代谢途径的微生物细胞，提高其发酵性能，生产特定目的产物，从而可以推动发酵工业的发展。
一、代谢工程概述代谢工程（Metabolic engineering），又称途径工程（Pathway engineering），是指利用生物学原理，系统地分析细胞代谢网络，并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径，通过遗传修饰，完成细胞特性改造的应用性学科。
1974年，Chakrabarty在假单胞菌属的两个菌种中分别引入几个稳定的重组质粒，从而提高了对樟脑和萘等复杂有机物的降解活性，这成为代谢工程技术的第一个应用实例。
代谢工程的概念是1991年由生化工程专家James E. Bailey首次提出的。
生物体的代谢过程在不打破其平衡的情况下，都是以满足自身生长发育为基础的，利用调控网络经济划算地生成代谢产物。
如果需要积累某种代谢产物，就要打破生物体原有的代谢平衡状态，从代谢网络着手改变细胞的代谢途径，代谢网络是将细胞的生化反应以网络整体来考虑。
代谢工程的设计主要是在对细胞的整个代谢网络代谢流进行定性、定量分析的基础上，改变代谢流、扩展代谢途径、构建新的代谢途径。
由于代谢工程的核心内容是对细胞代谢网络进行功利性修饰，所以要完成这一过程，首先要对细胞的分解代谢和合成代谢中的多步级联反应进行合理设计，然后利用重组DNA技术强化和(或)灭活控制代谢途径的相关基因。
从这一点上来说，代谢工程也是基因工程的一个重要分支，而且通常是一个多基因的基因工程[2]。
近年来，随着组学（基因组、蛋白质组、代谢组等）和高通量筛选技术的大幅发展，让人们可以逐渐了解细胞内错综的次级代谢调控网络。
大量微生物全基因组序列的测定和功能基因组学技术的涌现，能够从整体上认识微生物代谢网络；从基因、RNA、蛋白质、代谢物、代谢通量等多个层次系统地分析微生物代谢，极大地推动了代谢工程和微生物发酵工业的发展。
代谢工程的发展主要体现在高通量组学分析技术的产生，基因组水平代谢网络模型的建立。
代谢工程技术目前已经发展到可以从全局的角度分析改造细胞、设计合成新的生物元件，并且能够改造已经存在的生物系统。
二、代谢工程设计策略代谢工程的主要目标是识别特定的遗传操作和环境条件的控制，以增强生物技术过程的产率及生产能力，或对细胞性质进行总体改造。
在代谢工程发展的初期，代谢工程首先从分析细胞代谢网络结构着手，依据已知的生化反应找到代谢过程中的节点；然后采取合适的分子改造方法进行遗传改造，从而调整细胞的代谢网络；最后对改造后的细胞生理、代谢等状态进行综合分析，确定后续代谢工程的相关工作。
经典的系统代谢工程的策略有以下3个步骤：1、构建起始工程菌。
分析了局部代谢网络结构后，对其代谢途径进行改造，优化细胞生理性能等。
2、基因组水平系统分析和计算机模拟代谢分析。
通过高通量组学分析技术的使用，可以将能提高细胞发酵性能的基因和代谢途径有效地鉴定出来。
基因组水平代谢网络模型的构建，也可以模拟分析出另外一些靶点基因。
3、对工业水平发酵过程进行优化，使目的产物代谢达到较高的工业化生产水平[3]。
三、代谢工程在发酵工业中的应用随着对微生物代谢网络研究的深入及DNA重组技术的日趋完善，通过基因克隆技术改变微生物代谢途径的某些关键步骤，大大提高了产物产率；通过基因重组技术改变微生物的代谢途径，还生产出传统发酵工业无法获得的新产品。
微生物基因组学和代谢组学的快速发展，对代谢工程有极大的推动作用[4]。
代谢工程在工业微生物育种领域的应用，主要体现在以现代基因工程技术为优化手段，对微生物进行定向的改造，集中于细胞代谢流的控制，以提高目的代谢物的产量或产率。
根据微生物的不同代谢特性，代谢工程的应用主要表现在以下三个方面：1、扩展代谢途径在宿主细胞中引入外源基因，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的末端代谢产物，或是使代谢途径向前延伸，能利用新的原料合成代谢产物，提高产量。
张勤等[5]从自然样品中筛选分离得到一株能在pH 2.5的培养基中生长且不利用乳酸的酵母菌，将外源的乳酸脱氢酶编码基因ldhA插入含有G418抗性基因的酵母穿梭载体，构建重组质粒，导入后筛选获得一株具有产L-乳酸能力的重组菌株；通过发酵实验表明，该重组菌产L-乳酸的最适pH为3.5，并在pH 2.5时能正常发酵产乳酸。
从自然界筛选的耐高浓乳酸的耐酸酵母菌，并以此为宿主菌构建了具有生产L-乳酸能力的耐酸重组酵母，成功地为以耐酸酵母菌高产L-乳酸进行探索。
该耐酸酵母菌株不能利用乳酸，采用代谢工程技术，在耐酸酵母中表达乳酸脱氢酶基因，使原来的代谢途径向后延伸，增加了乳酸合成代谢途径，代谢葡萄糖生成乳酸。
2、重新分配代谢流如果要利用微生物细胞内的脂肪酸以及脂肪酸代谢中间产物生产生物柴油，中断其β-氧化降解途径是必要的。
在大肠杆菌中，编码β-氧化降解途径第一步的脂酰辅酶A合成酶的基因被称为fadD。
敲除fadD，脂肪酸的产量能大大提高。
此外，敲除编码β-氧化降解途径第二步的脂酰辅酶A脱氢酶的基因fadE，对脂肪酸的合成也有很大的影。
因此，可以通过抑制β-氧化降解途径以达到积累脂肪酸的目的[6]。
以上的例子说明了在代谢工程中，改变代谢途径即改变分支代谢途径的流向，阻断其他代谢产物的合成，可以达到提高目标产物的目的。
在工业微生物育种过程中，改变代谢途径可采用下列不同的方法：1）加速限速反应，将编码限速酶的基因通过基因扩增。
对青霉素生物合成的代谢控制分析表明，代谢流量的控制主要发生在δ- （L-α-氨基己二酰）-L-半肤氨酰-D-缬氨酸合成酶（ACVS）和异青霉素N合成酶（IPNS）两个酶上。
要想提高青霉素合成途径的代谢流量，必须在发酵的前期增加ACVS的活性，而在发酵后期要增加IPNS的活性。
而且用代谢工程技术同时增加编码ACVS和NS的基因剂量及表达水平，比起单一基因扩增来说、有可能取得更好的效果[7]。
Lum等[8]分析泰乐菌素高产菌株的基因组表达情况发现编码酰基辅酶A脱氢酶的aco基因和编码异丁酰辅酶A变位酶的icmA基因的转录水平较野生型菌株有很大提高，增加这两个基因的拷贝数能为泰乐菌素的生产提供更多的脂肪酸前体，这种方法相当于补加前提类似物。
无论是增大限速酶基因的拷贝数还是增加其表达活性，都能通过加速限速加大整个代谢流的反应速度，提高目的代谢物的产量或产率。
2）通过改变分支代谢途径的流向，提高代谢分支点的某一代谢途径酶系的活性。
在色氨酸的生物合成途径中存在3-脱氢莽草酸（DHS）、莽草酸（SHIK）等一系列具有重要工业价值的中间产物。
对于DHS、SHIK的生物合成，主要是通过中心代谢途径改造，增加前体物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和赤藓糖-4-磷酸（E4P）的供应，以及阻断芳香族氨基酸共有途径中目标产物之后的反应而实现的[9]。
通过提高PEP和EP4这两条中酶活性，控制分支代谢途径的流向，提高了目的代谢中间产物的产量。
3）构建代谢旁路。
在酵母发酵产生乙醇的过程中最大的副产物就是甘油。
甘油产生的主要原因是在厌氧条件下，呼吸链不能起作用，这样使NADH还原成NAD+的唯一途径就是形成甘油醇，来维持细胞内氧化还原电势的平衡。
通过转移代谢途径，在氨基酸合成过程中改变辅助因子的需求，可以降低甘油形成。
在野生型的菌株中存在由GDH1编码的NADPH依赖型的谷氨酸脱氢酶催化完成的反应；而在酒酵母中存在另外两种分别由GDH2和GDH3编码的依赖NADH的谷氨酸脱氢酶催化完成的反应，同时在酿酒酵母中存在另外一种合成谷氨酸的系统，由GLT1编码的谷氨酸合酶和GLN1编码的谷氨酰氨合酶催化。
赵志军等[10]构建了一株敲除掉GDH1，但是过量表达GDH2或GLT1和GLN1的菌株TN19，结果乙醇的产率提高了10 %，甘油的产率降低了38%。
在整个过程中，以强化铵盐的代谢流来达到提高乙醇产量的目的。
4）改变能量代谢途径。
Li等[11]敲除了枯草芽孢杆菌的呼吸链中的cyd基因，其产能相对较低，从而降低了维持能，提高了能量途径中的合成效率和磷酸戊糖途径（PP）的通量，很大程度上调节了糖酵解途径以及TCA循环相关代谢途径的链式反应，降低了能量的消耗，核黄素的生物合成的能力得到了有效提高。
3、转移或构建新的代谢途径乙醇的生产是由传统的发酵工业发展而来的，传统的乙醇生产采用的菌种为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），由于乙醇对酵母细胞的毒性、酵母对底物利用的局限性以及大量副产物的生成等原因使得乙醇的产率不高，生产效率低下。
罗进贤等[12]克隆了黑曲霉糖化酶基因和α -淀粉酶基因，并用这两种基因共同和分别转化酿酒酵母，获得多株含双基因和单基因的酵母工程菌。
随后，他们将黑曲霉糖化酶GAI cDNA用PCR技术改造以后，重新引人酿酒酵母，在相同的调控元件的调节下获得了较高的表达。
改造后的糖化酶基因在酵母中的表达、分泌水平及水解淀粉的能力都高于未改造的基因。
酿酒酵母由于缺少水解淀粉所需的酶类，不能直接利用淀粉作底发酵生产乙醇，通过构建新的淀粉代谢途径，突破了酵母对底物利用的局限性。
利用代谢工程技术可以通过构建新的代谢途径，提高工业微生物对胁迫的抗性。