基于基因转录和代谢物分析的异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌YILW的理性改造（英文）

为获得异亮氨酸生产菌谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)YILW的理性改造策略,考察该菌株与出发菌株C.glutamicum ATCC 13032异亮氨酸合成途径中关键酶及代谢产物的差异。结果表明,C.glutamicum YILW丙酮酸羧化酶编码基因pyc的下调表达使得其胞内草酰乙酸含量降低,过表达该基因显著增加胞内草酰乙酸含量及异亮氨酸产量(分别从1.32μmol/g(细胞干质量,下同)和5.18 g/L提高至3.32μmol/g和5.81 g/L),但副产物赖氨酸及胞内2-酮丁酸积累量提高。针对该问题采用强启动子替换手段过表达ilv BNC操纵子,使得其异亮氨酸产量提高至6.63 g/L。为进一步增加异亮氨酸合成,过表达输出载体编码基因brn E和brn F,其产量提高至7.31 g/L,较出发菌株C.glutamicum YILW提高41.1%,转化率提高40.0%。由此可见,在基因转录及代谢物分析结果指导下理性过表达pyc、ilv BNC操纵子及brn E和brn F能够显著提高异亮氨酸产量并降低副产物浓度。     

代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌促进L-异亮氨酸发酵合成的研究进展

L-异亮氨酸作为必需氨基酸具有多种生理功能,对人体和动物健康有重要的调节作用。微生物发酵是工业生产L-异亮氨酸的主要方式,而谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）是L-异亮氨酸发酵生产的主要菌株,主要通过筛选和随机诱变得到,其遗传背景不明且很难通过诱变进一步提高产量,因而通过代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌生产L-异亮氨酸成为近年来研究热点。该文综述了近年来代谢工程改造谷氨酸棒杆菌促进L-异亮氨酸生物合成的相关研究,主要涉及代谢通量调控、解除反馈抑制、强化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）水平以及提高产物分泌能力等方面,对进一步改造菌株和促进L-异亮氨酸发酵合成具有一定的参考意义。     

动态调控谷氨酸棒状杆菌合成4-羟基异亮氨酸

4-羟基异亮氨酸(4-hydroxyisoleucine, 4-HIL)在治疗Ⅱ型糖尿病方面极具潜力。异亮氨酸双加氧酶(isoleucine dioxygenase, IDO)能够将L-异亮氨酸(L-isoleucine, Ile)转变成4-HIL。为提高重组谷氨酸棒杆菌的4-HIL产量同时降低副产物L-赖氨酸(L-lysine, Lys)的合成,首先将Lys-OFF核糖体开关整合到Lys合成途径的关键基因dapA序列上游,得到D-RS菌株。该菌株能够根据胞内外Lys的浓度,动态弱化Lys合成,使Lys的含量降低了46.7%。其次,在该菌株中再利用Ile激活型传感器Lrp-P_brnFEN去控制密码子优化后的ido基因的表达,使4-HIL的产量提高至116.3 mmol/L。最后,为了进一步提高4-HIL产量,利用强启动子P_brnFE7动态控制odhI和vgb的表达,增强α-酮戊二酸和O₂的供应。最终得到了1株摇瓶发酵4-HIL产量高达166.0 mmol/L,Lys含量降至6.5 mmol/L的重组菌株D-RS-     

超声对谷氨酸棒杆菌发酵L-异亮氨酸的影响

为解决谷氨酸棒杆菌发酵产异亮氨酸适应期较长,菌体细胞膜通透性差,异亮氨酸分泌速率慢的问题,实验通过在发酵罐内安装超声棒,探究超声对谷氨酸棒杆菌整个发酵过程中生物量及产酸的影响。研究从超声周期、超声功率、超声频率、超声时间和超声模式5个方面,探究了菌体生物量及产酸的最优条件。结果表明,使用80 W/L、18 kHz的超声波,在菌体适应期、对数生长期及平稳期分别超声2、6、1 h,超声模式设置为开10 s、停30 s,菌体发酵适应阶段缩短至2 h以内,菌体快速进入对数生长期,且对数生长期从2 h延续到24 h,直至40 h结束菌体活力依旧很强,最终菌体干重达到了41.0 g/L,比未超声提高了74.5%; L-异亮氨酸产量达到了39.0g/L,比未超声产酸量提升了69.6%。超声产生的微扰动有利于细胞增殖,同时产生的机械剪切作用增加了细胞膜的通透性,提高了产酸能力。     

葡萄糖亚适量流加对谷氨酸棒杆菌产L-异亮氨酸的影响

通过动态调节葡萄糖对谷氨酸棒杆菌的供应速率,解决菌种在发酵产L-异亮氨酸不同时期对葡萄糖消耗能力差异的问题。实验结果表明,以谷氨酸棒杆菌YILM1504为供试菌株,在发酵初始葡萄糖添加量80 g/L、90%最大补糖速率的亚适量补糖工艺下,得到动态补糖速率为0（0～8 h）、5.40～7.47（8～14 h）、7.47～7.00（16～24 h）、7.00～5.20 g/（L·h）（24～40 h）,L-异亮氨酸达到44.32 g/L,糖酸转化率为19.63%。经代谢流对比分析发现,葡萄糖经戊糖磷酸途径和糖酵解途径代谢流之比为0.56,进入Ile的代谢流增强了18.92%,进入缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸的代谢流减弱了67.12%、72.21%、30.23%,该方法针对谷氨酸棒杆菌在细胞生长阶段与产酸阶段不同的耗糖能力,提供了精细的补糖速率策略,产酸高峰期明显延长,副产物积累比例得到降低,原料利用率大幅提升。     

过表达mqo对重组谷氨酸棒杆菌L-异亮氨酸和4-羟基异亮氨酸合成的影响

4-羟基异亮氨酸(4-hydroxyisoleucine,4-HIL)具有促进胰岛素分泌、降低胰岛素抵抗活性功能,在治疗糖尿病方面有潜在的应用价值。在产L-异亮氨酸(L-isoleucine,Ile)的谷氨酸棒杆菌SN01菌株中过表达ido基因后可以合成4-HIL。为了促进草酰乙酸的供应和4-HIL合成,在这株重组菌中又过表达了mqo。发酵144 h后,ido-mqo过表达菌的4-HIL产量是(60.86±2.24)mmol/L,低于ido过表达菌(72.06±5.60)mmol/L;但是,Ile的积累量高达(101.39±2.20)mmol/L,显著高于ido过表达菌(5.00±1.43)mmol/L。对ido-mqo过表达菌代谢途径中部分关键基因的RT-PCR分析表明,进入TCA循环的碳流由异柠檬酸裂解酶分流,进入乙醛酸循环,导致4-HIL合成所需的另一底物α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-KG)供应不足和Ile过剩。于是添加α-KG,当添加量为40 mmol/L时,4-HIL的产量提高到(77.7±10.91)mmol/L,Ile到4-HIL的转化率提高到75%。因此,过表达mqo能够促进Ile合成,添加α-KG后能够促进Ile向4-HIL转化,从而提高4-HIL产量。     

当量生物素控制对谷氨酸棒杆菌发酵产L-异亮氨酸的影响

以谷氨酸棒杆菌YILM 1504为出发菌,研究了生物素对L-异亮氨酸产量的影响。基于多梯度生物素对比实验及中后期生物素外源添加实验,确定了发酵液中最佳生物素浓度及补料工艺。结果显示:在低浓度生物素发酵液中,最适生物素浓度为45μg/L,此时产酸达到42.5g/L,糖酸转化率达到最高,为13.4%;在大于60μg/L高浓度生物素发酵液中,产酸最高为22g/L,表明高浓度生物素不利于产酸发酵。在5L发酵罐中,初始生物素浓度为30μg/L,18,32,42h分别添加10g/L玉米浆(15μg/L生物素),54h产酸量达到了44.5g/L,比初始生物素浓度为30μg/L,后期不补料产酸量提高了49.8%。     

增强回补途径对谷氨酸棒状杆菌合成L-异亮氨酸的影响（英文）

该实验考察和比较增强回补途径对谷氨酸棒状杆菌合成Lacterium glutamicum-异亮氨酸的影响。通过以L-异亮氨酸生产菌Corynebppc YI为出发菌株,分别采用基因组整合和质粒的方式过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶编码基因及丙酮酸羧化酶编码基因pyc。结果表明,获得pyc基因组整合和质粒过表达菌株ILE01和ILE02,摇瓶条件下菌株L-异亮氨酸产量分别提高17. 3%(6. 1 g/L)和9. 6%(5. 7 g/L)、发酵罐条件下分别提高11. L7%(24. 8 g/L)和8. 1%(24. 0 g/L)。获得ppc基因组整合和质粒过表达菌株ILE03和ILE04,摇瓶条件下菌株-异亮氨酸产量分别提高(30. 8%(6. 8 g/L)和13. 5%(5. 9 g/L)、发酵罐条件下分别提高15. 8%(25. 7 g/L)和9. 5%24. 3 g/L)。此外,过表达pyc和ppc还可不同程度地提高L-异亮氨酸转化率。然而采用质粒过表达pyc和ppc均使得菌株生物量下降。因此,过表达pyc和ppc均能显著提高L-异亮氨酸产量和转化率,基因组整合的过表达方式效果优于质粒...     

黄色短杆菌YILW生产L-异亮氨酸的发酵工艺研究

本文对L-异亮氨酸产生菌YILW的发酵工艺条件做了研究,确定了其积累L-异亮氨酸的较为适宜的条件。分别研究并确定了其发酵时的最适接种量、最适宜供氧条件、发酵最适温度、最适pH以及最佳菌体浓度等条件。在此条件下,在5L发酵罐上发酵60h,L-异亮氨酸产量达到29.6g/L,糖酸转化率达到21%。     

双底物指数流加和双阶段溶氧控制对谷氨酸棒状杆菌生产L-异亮氨酸的影响

为了实现L-异亮氨酸的高效生产,提高谷氨酸棒状杆菌YILW生产L-异亮氨酸的产量和生产强度,在详尽分析磷酸盐和玉米浆初始浓度对L-异亮氨酸发酵影响的基础上采用了双底物(玉米浆、磷酸盐)指数流加与双阶段溶氧相结合的控制策略进行L-异亮氨酸发酵。结果表明,最佳磷酸盐和玉米浆浓度分别为1.5 g/L和35 mL/L,此条件下分批补料发酵菌体生物量和L-异亮氨酸产量分别为27.66 g/L和25.89 g/L。在生长阶段进行双底物指数流加并结合双阶段溶氧控制,发酵60 h菌体生物量和L-异亮氨酸产量分别为32.29 g/L和31.32g/L,较优化前分别提高16.73%和20.97%。     

L-色氨酸产生菌TQ2223的途径分析

应用途径分析方法分析了在稳态时谷氨酸棒杆菌TQ2223菌株由葡萄糖发酵生产L 色氨酸的途径,确定了L 色氨酸合成的最佳途径及其代谢流分布和最大理论产率.通过刺激所选途径的酶活来提高L 色氨酸产率,结果表明,经NH4+调节后,代谢途径流量发生显著变化,可以使色氨酸的代谢流从6提高到8.8.     

谷氨酸棒杆菌产L-色氨酸重组菌株的构建

在芳香族氨基酸合成途径中,由分支酸产生两个分支:一方面,在邻氨基苯甲酸异构酶(ANS)、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶(PRT)和色氨酸合成酶(TS)的催化下合成色氨酸;另一方面,分支酸在分支酸变位酶(CM)的催化下生成预苯酸(PPA),由预苯酸又产生两个分支,最后生成酪氨酸或苯丙氨酸。在该途径中,3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7磷酸合成酶(DS)是关键酶。以谷氨酸棒杆菌SPT9(Phe-、Tyr-、4-FPr、6-FTr)为出发菌株,通过同源重组敲除分支酸变位酶基因csm获得菌株SPT9?csm。将编码DS、ANS和PRT、TS的基因aroⅡ、trpEGD及ts在SPT9?csm中分别过量表达和串联过量表达,获得一系列重组菌:SPT9?csm-XK99E-aroⅡ-trpEGD、SPT9?csm-XK99E-ts、SPT9?csm-XK99E-cspB-ts、SPT9?csm-mob2-ts和SPT9?csm-mob2-ts-aroⅡ-trpEGD。这五株菌摇瓶发酵72 h后,色氨酸产量相对于出发菌株SPT9分别提高了21.4%、57.1%、100%、121.4%和178.6%。通过实时荧光定量PCR检测表明,ts、aroⅡ和trpEGD基因在重组菌SPT9?csm-mob2-ts-aroⅡ-trpEGD中的表达量是它们在菌株SPT9中的9.2倍、13.0倍以及10.6倍。     

基因组改组快速提高谷氨酸棒杆菌L-鸟氨酸产量

以谷氨酸棒杆菌ATCC13032为出发菌,应用基因组改组技术快速提高L-鸟氨酸产量。经过紫外线、亚硝基胍和甲基磺酸乙酯分别诱变处理,获得6株产量有所提高的突变株,以此构建用于基因组改组的候选菌库。考察培养基成分对原生质体再生率的影响。经过两轮的灭活原生质体递推式融合,以磺胺胍和氟化钠为双抗性筛选标记,共筛选出2株遗传性能稳定的改组菌株。其中改组菌株F2-6摇瓶发酵72h,积累L-鸟氨酸产量为2.99g/L,是出发菌株的13.6倍。结果表明基因组改组技术能够在短期内使谷氨酸棒杆菌的L-鸟氨酸产量得以提高。     

利用代谢工程改造谷氨酸棒杆菌产丙酮酸研究

丙酮酸是一种重要的有机酸,可以作为前体物质,参与合成多种有机化合物,在生物体的能量代谢中发挥着重要作用。为提高丙酮酸产量,选择利用代谢工程改造谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)生产丙酮酸。利用同源重组的方法,依次敲除谷氨酸棒杆菌中与丙酮酸代谢支流相关的5个关键基因(丙酮酸醌氧化还原酶基因pqo、丙酮酸羧化酶基因pyc、转氨酶基因alaT、缬氨酸-丙酮酸氨基转移酶基因avtA、丙酮酸脱氢酶基因aceE),摇瓶发酵72h后丙酮酸的产量达到14.64g/L。通过过表达编码转酮醇酶基因tkt、转醛酶基因tal、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因pck,增加合成丙酮酸前体物质的供应。最终,复合培养基摇瓶发酵72h后,发酵液中丙酮酸的产量达到15.39g/L,与野生型菌株相比提高了28倍。研究旨在为利用微生物发酵生产丙酮酸提供一定的理论参考。     

谷氨酸棒杆菌生产缬氨酸的代谢工程研究进展

L-缬氨酸是人体必需的三种支链氨基酸之一,在生命代谢过程中起着非常重要的作用,因此被广泛应用于食品、医药及饲料等行业。目前,L-缬氨酸主要采用微生物发酵法生产,而谷氨酸棒杆菌是最常用的生产菌种。作者分析了谷氨酸棒杆菌中L-缬氨酸的生物合成途径和代谢调控,综述了对其进行代谢工程改造来提高L-缬氨酸产量的最新研究进展。     

谷氨酸棒杆菌生产L赖氨酸的培养优化和产酸特性研究

在5L发酵罐中利用优化培养基进行了谷氨酸棒杆菌连续培养生产L-赖氨酸的研究。相同发酵条件下,优化培养基和原始培养基中的菌种生物量分别达到8.0g/L和9.3g/L,最快生长速率分别为0.53g/L/h和0.72g/L/h。发酵48h后,优化培养基中的L-赖氨酸浓度、产酸总量和糖酸转化率分别为20.8g/100mL、588.2g和0.713g酸/g糖,和原始培养基相比分别提高了6.1%、2.3%和12.2%。优化培养基显著降低了L-赖氨酸生产的原料消耗,提高了生产效率。      

高产L-精氨酸谷氨酸棒状杆菌的构建

以产L-精氨酸诱变菌株谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）AJC为出发菌株,采用基因组编辑技术对其进行改造。 首先,敲除阻遏蛋白ArgR和FarR,解除反馈阻遏作用;然后,敲除乳酸脱氢酶编码基因ldh和整合鸟氨酸乙酰转移酶编码基因argJ,阻 断乳酸合成途径和增加前体物;最后,敲除谷氨酸分泌蛋白编码基因NCgl1221和整合乙酰谷氨酸激酶基因argB,减弱L-谷氨酸的胞 外分泌,筛选一株L-精氨酸高产菌株。 结果表明,获得一株高产L-精氨酸菌株AJC-4（C. glutamicum AJCΔargRΔfarRΔldh::PtufargJ ΔNCgl1221::PsodargB）,该菌株在5 L发酵罐中发酵64 h后,L-精氨酸产量和糖酸转化率分别为78.0 g/L和0.38 g/g,较出发菌株AJC分 别提高21.9%、18.8%;副产物乳酸和L-谷氨酸积累量分别为0.11g/L、0.16 g/L,较出发菌株AJC分别降低96.8%、96.1%。     

搅拌对谷氨酸棒杆菌絮凝的影响

谷氨酸棒杆菌等电点为4.2,当等电母液pH在3.2左右时,菌体zeta电势为正值,添加絮凝剂聚丙烯酸钠能有效使分散的细胞聚集成絮凝体。以菌体、COD及蛋白质去除率为指标,借助Mastersize 2000测定絮凝体粒度分布,考察了搅拌速率和搅拌时间对絮凝的影响。结果表明,在搅拌转速为400 r/min,搅拌时间为50 s时,絮凝效果最好,菌体、蛋白质、COD去除率分别达到99%、75%、55%以上,絮凝体粒径达到491μm,C.V.值为53.52%。搅拌速率和搅拌时间在很大程度上影响絮凝效果和絮凝体大小,控制搅拌速率和搅拌时间可以优化絮凝效果和优选絮凝体大小,增强絮凝后的沉降过滤。     

谷氨酸棒状杆菌葡萄糖代谢阻断工程菌的构建

采用反向代谢工程的策略,以谷氨酸棒杆菌ATCC 13032野生型为出发菌株,利用无抗性标记的同源重组方法,敲除了编码葡萄糖pts系统关键转运蛋白基因ptsG、ptsH-ptsI和葡萄糖转运系统关键转运蛋白基因abc、abc2和iolt1,得到了5株逐次敲除了相应基因的突变株。结果表明:当以葡萄糖为唯一碳源培养时,CGΔptsG菌株的葡萄糖的消耗是野生型的50%,菌体OD值为1.473;CGΔptsH-ptsI菌株的葡萄糖的消耗是野生型的39.5%,菌体OD值为1.226;CGΔabc菌株的葡萄糖的消耗是野生型的36%,菌体OD值为1.092;CGΔabc2菌株的葡萄糖的消耗是野生型的26.2%,菌体OD值为0.486;CGΔiolt1葡萄糖的消耗和菌体生长OD值为0,实现了谷氨酸棒状杆菌葡萄糖代谢的阻断,说明ptsG、ptsH-ptsI、abc、abc2和iolt1所编码的转运蛋白具有葡萄糖转运功能。