傅里葉變換紅外（FTIR）微光譜是一種快速、無標記的微生物代謝表型分析工具。在本研究中，我們將基于同步輻射的FTIR微光譜技術與CRISPR-Cas9編輯技術相結合，以解析益生菌大腸桿菌 Nissle 1917中賴氨酸脫羧酶（LdcC1和LdcC2）的功能冗余性。在賴氨酸脅迫條件下，同源突變體（ΔldcC1、ΔldcC1ΔldcC2）表現出不同的FTIR特征。光譜分析顯示：(i) CH峰的移動（2950–2850?cm^?1），表明ΔldcC1具有特定的膜重塑作用；(ii)酰胺I帶輪廓的變化（約1650?cm^?1），暗示蛋白質結構發生了擾動；(iii) 雙突變體在1220–1260?cm^?1區域的吸收強度持續升高，揭示了其代謝系統的脆弱性。通過對二階導數光譜進行主成分分析，我們發現不同菌株之間存在明顯的表型差異。研究表明LdcC2是關鍵的功能補充因子，而LdcC1則主要參與維持膜穩態。雙突變體中激活的補償性應激反應進一步證實了代謝冗余性是細胞內在穩定性的基礎。總體而言，這項工作驗證了一個將靶向遺傳學與全局生物化學相結合的CRISPR-FTIR表型分析平臺，為微生物的功能基因組學和代謝工程提供了快速的方法。

本研究中使用的細菌菌株和質粒列于表S1中。克隆使用的是大腸桿菌 DH5α。基因組編輯使用的是野生型大腸桿菌 Nissle 1917。所采用的質粒系統包括：pREDCas9（用于持續表達Cas9）和pGRB（用于表達gRNA）。菌株在LB培養基（10?g/L蛋白胨、5?g/L酵母提取物、10?g/L NaCl）中以37?°C或30?°C、200?r/min的速度培養。固體培養基中添加了20?g/L瓊脂。根據需要添加抗生素：氨芐西林（100?μg/mL）。

我們開發了一種結合CRISPR-Cas9基因編輯與FTIR光譜的技術，以解析EcN中冗余的ldcC同源基因（ldcC1和ldcC2）的功能作用（圖1）。LdcC催化l-賴氨酸轉化為尸胺和CO?，這對酸耐受性至關重要。通過測序和表型篩選構建并驗證了同源突變體（WT、KO1?=?ΔldcC1、KO2?=?ΔldcC1ΔldcC2）。

本研究明確證明了基于同步輻射的FTIR微光譜技術在微生物代謝表型分析中的強大作用。通過將其與CRISPR-Cas9基因編輯技術結合，我們解析了益生菌大腸桿菌 Nissle 1917中ldcC1/ldcC2賴氨酸脫羧酶同源基因的功能冗余性。CRISPR-Cas9技術實現了精確的同源突變體（ΔldcC1和ΔldcC1ΔldcC2）的構建，高分辨率的同步輻射技術也為此提供了支持。