嘌呤核苷类生物基产品，如肌苷、鸟苷、肌苷酸等，在医药和食品领域具有广泛的应用。这类产品能影响神经系统活动，产生心血管效应，可起到镇静、扩张血管、降血压等作用。开发研制具有抗肿瘤、抗病毒活性的核苷及其衍生物等新药已成为当今研究热点方向之一。此外，其还可用于生产各种功能性食品，包括抗寒食品、减肥食品等^{[1, 2]}。

20世纪60年代，诱变筛选技术是获得嘌呤核苷类产品工业生产菌株的主要手段^[2]。然而，随机诱变获得工业生产菌株往往需要较长的时间，效率相对较低，并且诱变后的某些高产菌株还存在不稳定的缺陷。近年来，随着菌株代谢调控与生理生化研究的深入，代谢工程改造菌株合成嘌呤核苷引起了研究人员的关注，也取得了很大的进展。本文系统地介绍了嘌呤生物合成途径的组成，嘌呤生物合成途径的调控机制，以及利用代谢工程改造菌株合成嘌呤核苷类代谢物的研究进展，并讨论其面临的问题和今后的研究方向。 1 嘌呤生物合成途径

微生物嘌呤生物合成途径如图 1所示，嘌呤核苷类代谢物的生物合成途径包括两种：从头合成途径和补救合成途径。

图 1 嘌呤核苷及其衍生物生物合成途径[1] Fig. 1 Schematic overview of the biosynthetic pathways of purine nucleosides and their derivatives R-5-P: Ribose-5-phosphate; PRPP:Phosphoribosyl pyrophosphate; PRA:5-Phosphoribosylamine; GAR:5′-Phosphoribosylglycinamide; FGAR: 5′-Phosphoribosyl-N-formylglycinamide; FGAM: 2-(Formamido)-N1-(5′-phosphoribosyl)acetamidine; AIR: Aminoimidazole ribotide; CAIR: 1-(5-Phospho-D-ribosyl)-5-amino-4-imidazolecarboxylate; SAICAR: 1-(5′-Phosphoribosyl)-5-amino-4-(N-succinocarboxamide)-imidazole; AICAR-P: 1-(5′-Phosphoribosyl)-5-amino-4-imidazolecarboxamide; FAICAR: 1-(5′-Phosphoribosyl)-5-formamido-4-imidazolecarboxamide; IMP:Inosine monophosphate; sAMP: Adenylosuccinate; AMP: Adenosine monophosphate; XMP: Xanthosine monophosphate; GMP: Guanosine monophosphate; GDP: Guanosine 5′-diphosphate; GTP: Guanosine 5′-triphosphate; ADP: Adenosine 5′- diphosphate; ATP: Adenosine 5′-triphosphate. Ino: Inosine; Xantho: Xanthosine; Guo: Guanosine; Ado,adenosine; Gua: Guanine; Xan: Xanthine; Hyp: Hypoxanthine; Ade: Adenine; DARPP: 2,5-diamino-6-ribosylamino-4(3H)-pyrimidinone-50-phosphate; ARPP: 5-amino-6-(50-phospho-ribosylamino)uracil; ArPP: 5-amino-6-(50-phospho-ribitylamino)uracil; ArP: 4-(1-D-ribitylamino)-5-amino-2,6-dihydroxypyrimidine; DHPB: 3,4-dihydroxy-2-butanone 4-phosphate; DRL: 6,7-dimethyl-8-ribityl-lumazine; Numbers represent enzymatic activities: 1: PRPP synthetase; 2: Gutamine phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase; 3: Phosphoribosylglycinamide synthetase; 4: Phosphoribosylglycinamide formyltransferase; 5: Phosphoribosylformylglycinamidine synthase; 6: Phosphoribosylaminoimidazole synthetase; 7: Phosphoribosylaminoimidazole carboxylase; 8: Phosphoribosylaminoimidazole-succinocarboxamide synthase; 9: Adenylosuccinate lyase; 10/11: Phosphoribosylaminoimidazolecarboxamide formyltransferase; 12: Adenylosuccinate synthase; 13: Adenylosuccinate lyase; 14: IMP dehydrogenase; 15: GMP synthase; 16: GMP reductase; 17: AMP deaminase; 18: 5′-nucleotidase; 19: Adenosine kinase; 20: Inosine/guanosine kinase; 21: Purine-nucleoside phosphorylase; 22: Guanylate/adenylate kinase; 23: Nucleosid-diphosphate kinase; 24: Guanine deaminase; 25: Xanthine dehydrogenase/oxidase; 26: Adenine deaminase; 27: Phosphoribosyltransferase; 28: Adenosine deaminase; 29: Adenine phosphoribosyltransferase; 30: Mannose-1-phosphate guanylyltransferase; 31: GDP-D-mannose-4,6-dehydratase; 32: GDP-4-keto-6-deoxymannose; 33: GTP cyclohydrolase II; 34: Diaminohydroxyphosphoribosylaminopyrimidine deaminase; 35: Diaminohydroxyphosphoribosylaminopyrimidine deaminase/5-amino-6-(5-phosphoribosylamino)uracil reductase; 36: Reductase; 37: 6,7-dimethyl-8-ribityllumazine synthase; 38: Riboflavin synthase; 39: 3,4-dihydroxy 2-butanone 4-phosphate synthase; 40: Phosphopentosisomerase; 41: 6-phosphogluconate dehydrogenase; 42: 6-phosphogluconolactonase; 43: Glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase; Black solid lines represent an enzymatic process; Dashed lines and hollow arrows depict other metabolic connections outside the pathway,the dash-dotted lines depict salvage pathway. The cross indicates the deletion of the corresponding genes. The triangle indicates the overexpression of the corresponding genes. The star depicts the overexpression of the genes released from feedback inhibition

图选项

在微生物中，嘌呤核苷的生物合成途径是从5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)和谷氨酰胺(glutamine)开始，经过十步反应生成肌苷酸(inosine acid，inosine mophosphate，IMP)。IMP又称为次黄嘌呤核苷酸，是转变为其他嘌呤核苷酸的重要前体物，因此可以将IMP称为嘌呤生物合成途径的中心代谢物^[3]。IMP通过两条支路分别转化为腺苷单磷酸(AMP)和鸟苷单磷酸(GMP)。其中，AMP合成途径中腺苷酸琥珀酸合成酶和腺苷酸琥珀酸裂解酶分别催化IMP生成sAMP和AMP，而在GMP合成途径中IMP脱氢酶催化IMP生成黄苷酸(XMP)，再由GMP合成酶催化XMP生成GMP。

一些微生物如大肠杆菌(Escherichia coli)和枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)，IMP生物合成相关基因大部分是以嘌呤操纵子(pur operon)形式存在。以枯草芽胞杆菌为例，嘌呤操纵子由3个重叠基因簇[purEKB-purCSQLF-purMNH(J)]以及3′端purD基因组成^[4]，编码从PRPP至IMP需要的所有酶。嘌呤操纵子的三个重叠基因簇被间隔序列隔开，其中purB和purC、purF和purM以及purH(J)和purD之间的序列间隔长度分别为73bp、101bp和15bp；而大肠杆菌的嘌呤操纵子基因分散于染色体中，除了嘌呤基因purH(J)D、purMN和purEK以基因簇形式存在外，其它嘌呤基因分散于染色体上^[5]。 1.2 补救合成途径

在补救合成途径中，磷酸核糖转移酶催化PRPP和嘌呤碱生成相应的嘌呤核苷^[6]。另外，一些脱氨酶可以催化不同的嘌呤之间相互转化，腺嘌呤脱氨酶催化腺嘌呤(Ade)生成次黄嘌呤(Hyp)；鸟嘌呤脱氨酶催化鸟嘌呤(Gua)生成黄嘌呤(Xan)；黄嘌呤脱氢酶催化黄嘌呤(Xan)生成次黄嘌呤(Hyp)。 2 嘌呤生物合成途径调控机制

微生物的嘌呤生物合成途径较长，GMP和AMP是细胞合成DNA和RNA的前体物，且嘌呤核苷为细胞的生长繁殖提供必需的能量，因此嘌呤生物合成途径受到多种调控机制的严格调控。在微生物中，嘌呤生物合成途径受到的调控方式可以归纳为转录阻遏、衰减机制、前馈激活和反馈抑制等^[7](图 2)。

图 2 枯草芽胞杆菌嘌呤从头合成途径调控机制[8] Fig. 2 Regulation of the de novo purine biosynthetic pathway in B. subtilis (A)Transcription regulation of pur operon by PurR and a guanine-sensing riboswitch (B) Feedback inhibition and feedforward activation regulation of purine pathway at metabolic levels. Black solid lines depict represent metabolic conversions,dash-dotted lines represent enzyme activation,and dashed lines indicate feedback inhibition. R-5-P: Ribose-5-phosphate; PRPP: Phosphoribosyl pyrophosphate; PRA: 5-phospho-α-D-ribosylamin; IMP: Inosine monophosphate; XMP: Xanthosine monophosphate; GMP: Guanosine monophosphate; GDP: Guanosine 5′-diphosphate; GTP: Guanosine 5′-triphosphate; sAMP: Adenylosuccinate; AMP: Adenosine monophosphate; ADP: Adenosine 5′- diphosphate; ATP: Adenosine 5′-triphosphate; prs: PRPP synthetase; purF: PRPP amidotransferases; guaB: IMP dehydrogenase; guaA: GMP synthase; guaC: GMP reductase; purA: Adenylosuccinate synthetase; purB: Adenylosuccinate lyase

图选项

随着对嘌呤生物合成途径调控机制的深入研究，发现嘌呤操纵子转录起始的调控是通过阻遏蛋白PurR实现的(图 2A)。在大肠杆菌中，PurR可以与一段位于嘌呤基因启动子区域的重复序列结合，从而抑制嘌呤基因的转录。在枯草芽胞杆菌中，PurR可与一段位于嘌呤操纵子基因上游被称为Pur Boxes的重复序列相结合，抑制嘌呤操纵子的转录。嘌呤操纵子转录起始位点上游-145~-29区的顺式作用元件是阻遏蛋白PurR结合位点。当胞内腺嘌呤浓度较高时，整个嘌呤生物合成途径受到阻遏，研究发现-145~-29的调控区域的缺失突变会使腺嘌呤的阻遏作用消失^{[4, 9]}，这证实腺嘌呤的阻遏作用与阻遏蛋白PurR有关。

在大肠杆菌中，次黄嘌呤和鸟嘌呤可以激活PurR-DNA结合。而在枯草芽胞杆菌中，阻遏蛋白PurR调节嘌呤操纵子表达时，PRPP是阻遏蛋白PurR的效应因子，它能抑制PurR-DNA的结合或导致PurR-DNA结合能力的降低^[10]。当细胞内PRPP浓度高时，PRPP与PurR相结合，阻碍PurR结合于Pur Boxes重复序列上，从而使嘌呤基因的表达不受抑制；腺嘌呤的阻遏作用是由于PRPP合成酶受到酶水平的反馈抑制作用引起的，过量的腺嘌呤抑制胞内PRPP的合成，细胞中PRPP浓度低，PRPP不能有效地与PurR相结合，PurR结合于Pur Boxes重复序列上，从而使嘌呤基因的表达受阻遏。

阻遏蛋白PurR不仅阻抑嘌呤操纵子的表达，还参与调节编码GMP还原酶的guaC基因，编码腺苷酸琥珀酸合成酶的purA基因以及与嘌呤运输蛋白相关基因(pbuG和pbuO)等的表达，这些基因上游也存在Pur Boxes重复序列，PurR与Pur Boxes重复序列结合从而可以调节这些基因的表达。 2.2 转录衰减机制

研究发现，枯草芽胞杆菌中存在一种由鸟嘌呤介导嘌呤操纵子转录的衰减机制，在嘌呤操纵子的mRNA 5′-UTR(非编码区)含有一个“核糖核酸开关”^[11]，可以结合鸟嘌呤形成抗终止子结构或终止结构，用以调节嘌呤操纵子的转录。鸟嘌呤直接作用前导mRNA的二级结构，决定前导mRNA的二级结构是否形成终止结构。当胞内鸟嘌呤浓度高时，鸟嘌呤与mRNA相结合形成终止子结构，导致嘌呤操纵子mRNA提前发生终止衰减，形成长度为200个核苷酸的mRNA。反之，鸟嘌呤不能与mRNA相结合进而形成抗终止子结构，从而使嘌呤操纵子mRNA正常转录。在大肠杆菌中还没有关于嘌呤基因受到转录衰减机制调控的报道。 2.3 酶水平的调节机制

嘌呤生物合成途径中存在着关键酶的反馈抑制和前馈激活调控机制(图 2B)，这些酶不仅调节嘌呤核苷酸的总量，而且使ATP和GTP的水平保持相对平衡。 2.3.1 PRPP合成酶(ribose-phosphate pyrophosphokinase，EC：2.7.6.1 )

PRPP合成酶影响细胞中PRPP浓度，而PRPP是调节嘌呤核苷合成的重要信号分子，因此PRPP合成酶对嘌呤物质的合成与调控产生重要作用。在微生物中，该酶催化核糖-5-磷酸(R-5-P)和ATP合成PRPP，受ADP和GDP的反馈抑制，受到前体物核糖-5-磷酸的激活。解除反馈抑制的PRPP合成酶可有效提高肌苷和核黄素的产量^{[12, 13, 14]}。 2.3.2 PRPP转酰胺酶(gutamine phospho-ribosyl pyrophosphate amidotransferase，EC：2.4.2.14 )

PRPP转酰胺酶催化嘌呤生物合成途径的第一个限速反应，将PRPP转化为1-氨基-5-磷酸核糖(PRA)，因此PRPP转酰胺酶也是嘌呤生物合成途径的关键调节酶^[15]。PRPP转酰胺酶包括两个重要区域^[5]：N-末端的谷氨酰胺区域将谷氨酰胺转化为谷氨酸和NH₃；C-末端的磷酸核糖转移酶区域结合PRPP，并利用由谷氨酰胺得到的或外部提供的NH₃合成PRA。PRPP转酰胺酶酶活性的高低直接影响进入嘌呤生物合成途径的碳代谢通量，PRPP转酰胺酶受到嘌呤核苷类物质的反馈抑制，反馈抑制由强到弱依次为：GMP、AMP、GDP、ADP、GTP和ATP，同时这些核苷酸还具有协同反馈抑制作用^[16]。此外，PRPP与嘌呤核苷类物质竞争性与PRPP转酰胺酶结合，无PRPP时，PRPP转酰胺酶具有部分活性，PRPP可以激活PRPP转酰胺酶^[5]。

本课题组石婷等^[8]对大肠杆菌和枯草芽胞杆菌的PRPP转酰胺酶进行氨基酸序列比对，预测了枯草芽胞杆菌中与反馈抑制作用有关的三个氨基酸位点(D293V，K316Q和S400W)，并进行了突变。成功在酶水平上解除了PRPP转酰胺酶受到AMP，ATP，GMP和GTP的反馈抑制。 2.3.3 肌苷酸脱氢酶(inosine 5′-mono-phosphate dehydrogenase，EC：1.1.1.205 )

肌苷酸脱氢酶催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)和IMP合成XMP，该反应是GMP合成分支的第一个反应。枯草芽胞杆菌中由guaB基因编码的肌苷酸脱氢酶受到GMP的反馈抑制，GMP反馈抑制IMP向XMP转变，ATP前馈激活GMP的生成，肌苷酸脱氢酶活性与胞内GTP/ATP的大小成负相关^[17]。 2.3.4 腺苷酸琥珀酸合成酶(adenylo-succinate synthase，EC：6.3.4.4 )

腺苷酸琥珀酸合成酶催化天门冬氨酸与IMP生成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，GTP水解供能，受到GTP的前馈激活，AMP的反馈抑制^[17]。 3 嘌呤核苷及其衍生物的代谢工程研究进展

基于嘌呤生物合成途径的生物基产品主要有肌苷、鸟苷以及嘌呤核苷类衍生物。嘌呤生物合成途径的代谢调控机制研究为代谢工程指导嘌呤核苷类产品的生产提供了理论基础，表 1列出了不同菌株中嘌呤核苷及其衍生物的代谢工程改造。

肌苷(inosine)又名次黄嘌呤核苷，是一种常规药物，在医疗上广泛用于治疗心脏病、肝病、眼科疾病等；肌苷也是工业合成抗病毒药物利巴韦林的原料，同时还是合成特鲜味精的主要原料。

解除嘌呤生物合成途径转录阻遏及酶水平上的反馈抑制等调控机制，阻断肌苷的分解途径^[26]，同时增加嘌呤生物合成途径的代谢通量是提高肌苷合成能力的重要策略。在大肠杆菌W3110中，Matsui等^[18]敲除add(腺苷脱氨酶)、deoD和purA基因，阻断肌苷分解途径；进一步敲除purR基因解除嘌呤操纵子的转录阻遏机制，同时引入解除反馈抑制的PRPP转酰胺酶突变酶，肌苷产量可以达到1 g/L。Shimaoka等^[13]研究发现，在大肠杆菌I-9中，采用低拷贝数量质粒表达purF突变基因肌苷产量达到3.6 g/L，进一步采用中等拷贝数量的质粒来表达prs突变基因，肌苷产量提高到6.2 g/L。在枯草芽胞杆菌168中，Asahara等^[25]敲除编码核苷磷酸化酶的punA和deoD基因阻断肌苷分解途径，进一步敲除purR基因和嘌呤操纵子的“核糖核酸开关”，解除嘌呤生物合成途径转录阻遏和衰减机制，肌苷的最终产量达到6 g/L。另外，在谷氨酸棒杆菌ATCC13032(Corynebacterium Glutamicum)中，Peifer等^[24]敲除purA和guaB2，阻断IMP分解途径，同时引入purF^K348Q来解除终产物对PRPP转酰胺酶的反馈抑制，IMP浓度由0.42±0.03μmol/g CDW提高到12.88±0.74μmol/g CDW，次黄嘌呤浓度提高348倍，达到101.53±1.09/g CDW，同时肌苷的浓度由0.21±0.04/g CDW提高到2.53±0.19/g CDW，笔者认为大部分肌苷转化成了次黄嘌呤，阻断肌苷到次黄嘌呤的代谢途径可以进一步提高肌苷的产量。

戊糖磷酸途径的改造也是提高肌苷合成能力的重要策略。敲除产氨棒杆菌KY13761(Corynebacterium ammoniagenes)中转酮酶的编码酶基因tkt，可以让碳代谢流从戊糖磷酸途径流向嘌呤生物合成途径，提高嘌呤合成途径的代谢通量，肌苷产量较出发菌提高了10%，达到11.1 g/L^[23]。敲除大肠杆菌FADRdd中磷酸葡糖酸脱氢酶编码基因edd，阻断6-磷酸葡糖酸的分支途径，增加嘌呤生物合成途径前体物核糖-5-磷酸的供给，肌苷的产量从1.4 g/L提高到2.5 g/L，而敲除编码6-磷酸葡萄糖异构酶的pgi基因，阻断糖酵解途径，增加进入戊糖磷酸途径的通量，肌苷产量可以达到3.7 g/L^[19]。

此外，核苷酸转运系统的代谢工程改造对于肌苷的合成具有重要作用，这可能由于该途径末端代谢物存在强烈的酶水平反馈抑制作用。如在解淀粉芽胞杆菌AJ1991(Bacillus amyloliquefaciens)中，Sheremet等^[30]过表达编码核苷酸转运蛋白的pbuE基因，肌苷产量较AJ1991提高100%，达到6 g/L，而过表达来自大肠杆菌的编码核苷酸转运蛋白的nepI基因，肌苷产量可以提高190%。 3.2 鸟 苷

鸟苷(guanosine)又名鸟嘌呤核苷。在医药工业领域，鸟苷主要作为利巴韦林、阿昔洛韦等核苷类抗病毒药物的重要中间体；在食品工业领域，鸟苷是合成增味剂核苷酸鸟苷酸二钠的主要原料。

解除嘌呤生物合成途径的调控机制，增加关键基因的表达以及切断其它代谢支路等代谢工程策略也被成功应用到鸟苷生产菌的构建。Zakataeva等^[12]发现向解淀粉芽胞杆菌AJ1991的prs基因引入突变N120S和L135I，可以解除ADP和GDP对PRPP合成酶的反馈抑制，鸟苷得率分别提高15%和48%，而在枯草芽胞杆菌KMBS375中，相同的基因操作可以使鸟苷得率分别提高61%和71%。在大肠杆菌W3110中，Matsui等^[22]敲除purF，purA，deoD，purR和add基因，阻断鸟苷降解途径和解除转录水平阻遏机制；进一步敲除gsk基因、表达解除反馈抑制的purF基因，菌株最终可以积累1210mg/L的肌苷，鸟苷产量达到60mg/L。鲍朋等^[32]在解淀粉芽胞杆菌TA208中过表达解除反馈抑制的purF突变基因，鸟苷的产量从9g/L提高到11g/L，产量提高22%。

单独增加嘌呤生物合成途径中关键基因的表达有时并不能达到预期的效果，对关键基因进行协同表达可以有效提高鸟苷产量。何逵夫等^[31]详细地研究了prs，purF，guaB过表达对解淀粉芽胞杆菌TA208发酵生产鸟苷的影响。他们发现prs和purF基因的单独过表达均未提高鸟苷产量；将prs和purF基因串联表达，鸟苷产量达到12.8 g/L，较出发菌株提高了14.4%，糖苷转化率增加6.8%。guaB基因过表达的工程菌鸟苷产量较出发菌株提高20.7%。 3.3 嘌呤核苷类衍生物

代谢工程改造嘌呤生物合成途径，除了可以应用于提高嘌呤核苷类产品的产量，对嘌呤核苷类衍生物，如核黄素、腺苷酸活化蛋白激酶激活剂(AICAR)、鸟苷二磷酸-L-海藻糖(GDP-L-fucose)等的合成也具有重要意义。

嘌呤生物合成途径中GTP是核黄素生物合成的前体物，增加GTP的供给可以提高核黄素的产量。在枯草芽胞杆菌中，本课题组史硕博等^[28]通过转录组比较分析核黄素高产菌B.subtilis RH33和野生型菌株168，发现B.subtilis RH33中嘌呤操纵子(purEKBCS-QLFMNHD)和其它受阻遏蛋白PurR调控基因的转录水平下调，限制了核黄素前体物的供给，在B.subtilis RH33中过表达prs和ywlF基因，提升胞内PRPP浓度，解除阻遏蛋白对嘌呤操纵子的阻遏机制，提高嘌呤生物合成途径代谢通量，最终核黄素的产量达到15 g/L，较出发菌株提高了25%。此外，过表达核黄素高产菌B.subtilis PK嘌呤生物合成途径中purF、purM、purN、purH和purD基因，提高核黄素合成前体物GTP的供给，工程菌B.subtilis PK-P核黄素产量较出发菌提高31%，核黄素的得率提高25%^[27]。

本课题组石婷等^[8]敲除枯草芽胞杆菌嘌呤操纵子转录阻遏基因purR和其“核糖核酸开关”，解除了嘌呤生物合成途径的转录阻遏和衰减机制；进一步过表达purF突变基因(D293V，K316Q和S400W)，解除终产物对PRPP转酰胺酶的反馈抑制作用，最后工程菌核黄素产量较出发菌株提高了63%。

此外，也有关于代谢工程合成腺苷酸活化蛋白激酶激活剂(AICAR-P)和鸟苷二磷酸-L-海藻糖(GDP-L-fucose)的报道，Lobanov等^[29]在枯草芽胞杆菌AM732(野生型)中敲除purH基因，阻断AICAR-P的降解途径；敲除purR基因和嘌呤操纵子的“核糖核酸开关”，进一步在淀粉酶水解位点过表达大肠杆菌的prs突变基因和purF突变基因，从转录水平和酶水平解除嘌呤操纵子受到的调控，最后AICAR产量从痕量(少于0.001g/L)提高到11~13g/L。在大肠杆菌BL21star(DE3)中，Lee等^[21]通过过表达guaB和guaA基因，提高前体物GTP供给，鸟苷二磷酸-L-海藻糖的产量达到261.7±0.6mg/L，较出发菌株提高35%，过表达gsk基因，增加鸟苷到GMP途径的代谢通量，鸟苷二磷酸-L-海藻糖产量达到305.5 ± 5.3 mg/L，提高58%。 4 展 望

利用代谢工程提高嘌呤核苷类产品的产量虽然取得了一定成就，但是嘌呤生物合成途径受到多种调控机制的严格调控，并与其他代谢途径如氨基酸和叶酸等^{[33, 34, 35]}有着紧密的联系。在提高嘌呤核苷类产品产量的同时，嘌呤生物合成途径的代谢工程改造往往会影响菌株的生理特性，如敲除purA基因或过表达purF基因，菌体生长的速率会下降。另外，生物体代谢网络具有刚性和冗余性的特点，目前利用代谢工程改造嘌呤核苷菌株大多集中于敲除或过表达单个或少数基因，具有一定的盲目性，有时并不能达到预期的目的。

笔者认为今后的研究方向可以从以下几个方面展开：(1)从嘌呤核苷的合成、菌体的生长代谢如呼吸链改造，氧的利用等方面，组合优化相关途径基因，达到工程菌较好的生产能力；(2)根据基因组尺度的代谢网络的模拟预测找到基因靶点，利用基因组工程或基因组编辑技术^{[36, 37, 38, 39]}，在基因组尺度上更理性精确地对嘌呤及其相关途径如TCA和磷酸戊糖途径进行改造；(3)近几年，菌株的底物利用种类受到研究者的关注。也可以利用合成生物学方法，增加生产菌株的底物利用种类，期望用廉价的底物生产嘌呤核苷及其衍生物等高附加值产品。