Recent Advances in Bio‐Based Production of Free Heme Using Microbial Metabolic Engineering

血红素 代谢工程 生物化学 卟啉 化学 合成生物学 血红素蛋白 蛋白质工程 代谢途径 化学生物学 计算生物学 生产(经济) 可持续生产 生化工程 生物 生物合成 微生物代谢 细菌 新陈代谢 生物技术
作者
Wenya Wang,Haitao Geng,Xuting Sun,Junsheng Huo,Jian Huang,Zhen Guo,Yuwenbin Li,Guimin Zhang
出处
期刊:Advanced biology [Wiley]
卷期号:9 (12): e00434-e00434 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adbi.202500434
摘要

Heme is an iron-containing porphyrin that plays an indispensable role in biological system, involved in oxygen transport, electron transfer, gas sensing, enzyme catalysis, etc. Beyond its physiological functions, heme also has wide-ranging applications in pharmaceuticals, food additives, and biotechnology. However, conventional production methods-such as chemical synthesis and extraction from animal blood are hindered by high costs, ethical concerns, environmental burdens, and safety risks. Recent progresses in metabolic engineering and synthetic biology have made it possible to produce free heme using microorganisms, offering a scalable, cost-effective, and sustainable alternative. This review provides a comprehensive overview of bio-based heme production, focusing on: 1) Structure, functions, and synonyms of different heme types; 2) Conserved and divergent heme biosynthetic pathways; 3) Heme biosynthesis regulation involving transcription factors, protein interactions, and small molecules; 4) Recent advances in microbial production of heme and porphyrin intermediates using metabolic engineering strategies; 5) Methods for heme detection, including spectroscopy, chromatography, enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) and whole-cell biosensors. Finally, current challenges and future opportunities, highlighting microbial heme production as a transformative and sustainable strategy to meet growing global demand are discussed.
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