生物制造氨基酸的谷氨酸棒杆菌细胞工厂转运工程研究进展

氨基酸作为生物制造产业中的重要功能性产品之一，已广泛应用于食品、医药、饲料、化工等领域。谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)是生物合成氨基酸最重要的微生物菌株。因此，构建高效的谷氨酸棒杆菌微生物细胞工厂对高产量、高效率和高转化率地生产氨基酸意义重大。高效生物制造氨基酸的微生物细胞工厂不仅需要具有强大的合成代谢能力，还需要高效的转运能力。文章从谷氨酸棒杆菌的底物转运和氨基酸的分泌转运以及氨基酸的再吸收等方面对近年来的研究进展进行综述，并展望了未来发展方向。     

三磷酸腺苷供应优化促进谷氨酸棒杆菌产氨基酸的研究进展

谷氨酸棒杆菌是目前氨基酸生产中最主要的工业菌株,其中三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)是该菌生产各种氨基酸所需能量的主要来源.以ATP供应为导向,在谷氨酸棒杆菌中开发具有可人工调控的ATP供应的细胞工厂是提高生物产量的一种关键策略.因此,通过调控谷氨酸棒杆菌的ATP供应从而促进氨基酸的生...     

微生物同步利用葡萄糖和木糖代谢工程概述

现阶段,随着资源枯竭和环境污染问题的日益突出,利用农业废弃物等木质纤维素原料发酵生产生物产品、生物能源和生物材料已经成为学术界和社会的共识.微生物同步利用葡萄糖和木糖是木质纤维素生物炼制的重要内容,同时也有利于提高芳香族氨基酸等产品的发酵性能.然而,由于碳分解代谢物阻遏(葡萄糖效应)的存在,大多数微生物并不具备这种特性,迫切需要采用代谢工程手段构建高效同步利用葡萄糖和木糖的菌株.首先对微生物同步利用葡萄糖和木糖的意义进行了说明,然后阐述了氨基酸和核苷生产菌大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒杆菌葡萄糖效应的分子机制和破除策略,同时介绍了一些能够同步代谢葡萄糖和木糖的工程菌株的实际应用.     

微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展

乳酸目前广泛应用于食品、医疗和化妆品行业,并因其作为可生物降解塑料聚乳酸的原料而备受关注。微生物发酵合成乳酸具有光学纯度高和底物成本低等优点,因此,研究人员利用合成生物学和代谢工程技术构建了新型微生物细胞工厂,以实现乳酸的高效合成。在此过程中,代谢通路的构建与优化、氧化还原平衡的调节、底物谱的拓宽以及细胞工厂鲁棒性的提高等方面是需要考虑的关键问题。文章详细介绍了微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展,并对当前面临的挑战和未来的研究方向进行了探讨,旨在为工业微生物高效合成乳酸提供借鉴。     

代谢工程改造微生物合成单萜芳香产品的研究进展

单萜及其衍生物是重要的植物天然产物,且具有多种生物学功能。该类物质在多个领域中均表现出较高的开发利用价值,目前已被作为优质香精香料广泛应用于食品、饮料、化妆品和医药工业中,市场需求日益增长。从植物中提取这些单萜芳香产品存在着来源少、含量低和分离困难等缺点,很难满足市场需求。因此,开发生产单萜芳香产品可再生的微生物资源来补充甚至代替原有的植物资源就具有重要的理论意义和应用价值。近年来,研究人员利用代谢工程技术已经成功构建了合成单萜芳香产品的微生物细胞工厂,达到了利用微生物合成法生产该类工业产品的目的。本文主要从菌株改造、发酵优化及产物分离等角度总结了相关产物合成的代谢工程实例,并分析了目前利用代谢工程改造微生物合成单萜芳香产品所面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,旨在为构建异源、廉价、高效生产单萜芳香产品的微生物细胞工厂并最终实现其绿色制造提供参考。     

谷氨酸棒杆菌人工核糖体结合位点(RBS)文库的建立与应用

核糖体结合位点(ribosome binding site, RBS)是一种重要的生物控制元件，是实现基因表达精细调控的重要工具，在微生物代谢工程和合成生物学中具有广泛的应用。谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)是一种重要的工业微生物，被广泛应用于多种氨基酸和有机酸的工业化发酵生产。然而目前，关于谷氨酸棒杆菌RBS元件文库的报道仍然较少。该研究基于谷氨酸棒杆菌RBS序列基本特征，设计构建了一个随机RBS文库。利用流式细胞分选技术和96孔板筛选技术，建立了RBS文库高通量筛选方法。通过2步筛选，构建了一个调控范围广，覆盖范围均匀的人工RBS元件文库，调控范围达到29.04倍。利用α-淀粉酶表达系统对构建的人工RBS文库进行测试和表征，结果表明人工RBS文库具有较高的稳定性和通用性。随后该研究将人工RBS文库应用于L-高丝氨酸生物合成途径的调控优化。利用不同强度RBS元件对L-高丝氨酸合成途径关键酶LysC^r和Hom^r进行精细表达调控，获得了具有高效L-高丝氨酸合成能力的最佳组合，L-高丝氨酸产量到达12.7 g/...     

基于低拷贝质粒的高产紫色杆菌素谷氨酸棒杆菌的构建和发酵

该研究以公认安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)的谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为宿主,构建高产紫色杆菌素的重组菌株。利用谷氨酸棒杆菌天然大质粒pTET3的复制与分配元件,构建了低拷贝质粒pOK12CG1,该质粒在谷氨酸棒杆菌中的拷贝数约为6拷贝/基因组,且与谷氨酸棒杆菌常用质粒pEC-XK99E和pXMJ19兼容。以低拷贝质粒pOK12CG1为骨架构建了携带紫色杆菌素合成操纵子(vioABCDE)的质粒pCGvio,并分别以谷氨酸棒杆菌标准株ATCC 13032和插入序列(Insertion Sequence,IS)元件删除株为宿主,构建了7株合成紫色杆菌素的重组菌株。通过初步筛选,发现基于低拷贝质粒的重组菌株ATCC13032/p CGvio,其紫色杆菌素产量(508.24 mg/L)高于基于中高拷贝质粒的重组菌株ATCC 13032/pECvio(376.16 mg/L),而基于低拷贝质粒的IS元件删除重组菌株ISDM023/pCGvio紫色杆菌素产量达到了610.13mg/L。进一步采用正交实验设计对重...     

微生物利用无机氮生产有机氮

在追求美好生活的新时代,全社会对食用蛋白的需求日益多元化、差异化和个性化。人口持续增长和生活水平的不断提升,迫切需要开发大规模、低成本、可持续、高质量的蛋白生产方式。随着合成生物学、代谢工程等新兴生物技术的发展,工程化改造微生物细胞,构建微生物细胞工厂,以可再生资源为原料,绿色高效合成氨基酸和微生物蛋白,为高品质蛋白可持续供给提供一条有前景的绿色发展路线。本文综述向自然界要铵,向微生物要氨基酸,向微生物要蛋白的研究进展,为将来更好地利用微生物细胞工厂生产氨基酸与蛋白质提供参考。     

谷氨酸棒杆菌合成脂肪酸的研究进展

脂肪酸对于工业以及生物体都具有极其重要的作用。谷氨酸棒杆菌被广泛用于氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等高附加值化学品的工业生产。文章结合近年来谷氨酸棒杆菌生产脂肪酸取得的最新成果,综述了脂肪酸微生物合成的代谢途径以及代谢工程进展,并展望了将来的研究方向。     

发酵玉米粉酶解液制备天然鲜味料

本研究以玉米粉为主要原料,利用谷氨酸棒杆菌发酵生产新型天然鲜味料。首先通过单因素实验和正交试验优化玉米粉酶解工艺;然后在摇瓶水平对谷氨酸棒杆菌GL-6发酵产谷氨酸的条件进行优化,确定最佳氮源及含量和最佳玉米粉酶解液添加量,然后在20 L发酵罐水平进行验证,将5%的麦芽糊精加入发酵液上清中喷雾干燥得到鲜味料样品,最后对样品进行成分检测及评定。结果表明,玉米粉最佳酶解工艺为固液比1:4,酶添加量1%,温度90 ℃,时间3 h,在该条件下酶解度DE值达到60.84%;谷氨酸棒杆菌GL-6发酵产谷氨酸的最佳氮源为酵母抽提物FIG12LS 30 g/L,玉米粉酶解液最佳添加量为50%（v/v）;天然鲜味料样品MJ谷氨酸含量为43.9 g/100 g,氨基酸总含量为44.8 g/100 g,相较于不添加玉米粉酶解液发酵而得的鲜味料样品CK谷氨酸和氨基酸含量分别提高了24.0%和23.4%。此外,样品MJ富含坚果及咖啡风味的吡嗪类物质,相较于样品CK鲜味含量和营养价值均有提高,风味也更加丰富。本研究为用天然植物原料发酵生产鲜味料提供了新思路,提高了产品的市场竞争力。     

谷氨酸棒杆菌中L-半胱氨酸外排蛋白的鉴定及应用

L-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸，被广泛应用于食品，医药，化妆品等行业。有效的外排蛋白不仅可以降低反馈抑制和细胞毒性，还能提高菌体的生产能力。在细胞工厂的构建中发挥重要作用。该研究基于转录组测序分析，在谷氨酸棒杆菌中发现一种新的L-半胱氨酸外排蛋白Cg1298-Cg1299。当添加7.5 mmol/L L-半胱氨酸时，cg1298-cg1299缺失菌株的生长比对照菌株降低了约24.2%,而回补菌株恢复了对半胱氨酸的抗性。利用Cys-Tyr二肽进一步检测Cg1298-Cg1299对半胱氨酸的外排能力，发现cg1298-cg1299双敲菌株的L-半胱氨酸外排能力下降了26.3%。最后，在L-半胱氨酸底盘菌中过表达cg1298-cg1299使得L-半胱氨酸产量提高17.1%。综上所述，Cg1298-Cg1299是谷氨酸棒杆菌中一种新的L-半胱氨酸外排蛋白，其显著增强了谷氨酸棒杆菌对L-半胱氨酸的耐受性，并提高了L-半胱氨酸的生产能力，为将来构建高产L-半胱氨酸的细胞工厂提供了一个有效靶点。     

谷氨酸分泌机制及其代谢工程的研究进展

L-谷氨酸是目前全球产量最大的氨基酸.利用发酵法生产谷氨酸需要进行诱导,主要包括:生物素限量;加入表面活性剂;添加青霉素,或使用温度敏感型等.深入揭示谷氨酸生产菌的谷氨酸分泌及其代谢机制,控制优化谷氨酸的分泌,无论从理论还是生产上都有重要意义.另外,随着近年来糖质原料成本的增加,利用代谢工程手段提高现有谷氨酸生产菌糖酸转化率以及开发以木质纤维素为原料的新型谷氨酸代谢途径是研究的热点.以谷氨酸棒杆菌为例,阐述了谷氨酸的分泌机制及其代谢工程的研究进展.     

谷氨酸发酵生产菌的研究与开发

L-谷氨酸微生物工业化发酵生产已有50余年历史,回顾国内各味精厂曾使用过的菌种,主要是1．天津短杆菌;2．钝齿棒杆菌;3．北京棒杆菌及它们的突变株。目前厂家用葡萄糖发酵所使用的菌种主要为天津短杆菌T613的突变株,有FM820;FM84—415;FM-1到FM-20;S9114等,上述生产菌种,主要是通过诱变为主的微生物育种而获得,它的产酸能力伴随着谷氨酸发酵生产发展获得了很大的提高。但如果在现有产酸能力情况下,继续采用传统微生物育种技术（如诱变、细胞融合等手段）选育菌种,     

谷氨酸棒状杆菌CRISPR-Cpf1/ssDNA基因组编辑系统优化

谷氨酸棒状杆菌作为重要的微生物细胞工厂,基因组修饰已经成为调节目标代谢物的首要途径。为了提高基因定点突变的编辑效率,建立了高效省时的CRISPR-Cpf1/ssDNA基因组编辑系统。利用卡那霉素抗性作为筛选标记,构建了1株严谨的单链模式菌M-1,用于验证与统计编辑效率。首先,采用强启动子Ptuf,优化了切割效率;其次,利用重组酶Rec T和合理长度与添加量的ssDNA,优化了重组效率。实验结果显示:在启动子Ptuf和Rec T的双重作用下,采用滞后链(70 bp、12. 5μg)优化组合方式,使基因编辑效率提升至(80±5. 7)%。由Rec T介导的CRISPR-Cpf1/ssDNA基因组编辑系统可在很大程度上加快谷氨酸棒状杆菌代谢工程改造。     

短乳杆菌GLB-127发酵制备γ-氨基丁酸

短乳杆菌(Lactobacillus brevis)为国家卫健委批准用于制备γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)的微生物菌种。利用短乳杆菌发酵表达谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase, GAD),将GAD全细胞用于催化L-谷氨酸生产GABA的研究具有重要意义。采用扫描电子显微镜与分子生物学手段鉴定了1株短乳杆菌GLB-127,构建了该乳酸菌的系统发育树。通过优化发酵及转化条件,包括培养转速、培养温度及全细胞催化酶加量等条件,初步确定了短乳杆菌制备GABA的工艺;然后又对发酵培养基进行了优化,使得GAD活力及GABA产量有了明显提升。经10 L发酵罐放大培养,GABA质量浓度达到了345.1 g/L,转化率为98.5%,GAD活力达315.9 U/g。该研究为新食品原料GABA的工业化生产奠定了基础。     

代谢工程改造谷氨酸棒杆菌合成四氢嘧啶

为了获得四氢嘧啶生产菌株并利用此菌株提高四氢嘧啶产量,以谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）野生菌株ATCC13032为研究对象,以赖氨酸积累量为评价指标,强化了天冬氨酸-β-半醛合成代谢流;通过阻断赖氨酸输出通道LysE,表达不同来源的四氢嘧啶操纵子ectABC,获得了四氢嘧啶生产菌株;通过强化天冬氨酸转氨酶和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）再生途径,进一步提高四氢嘧啶产量。结果表明,构建了一株高产赖氨酸的谷氨酸棒杆菌工程菌株LYS-3,赖氨酸积累量为28.48 g/L;表达操纵子HEectABC的谷氨酸棒杆菌ECT-3四氢嘧啶产量达到17.21 g/L;过表达基因aspC和ECpntAB谷氨酸棒杆菌ECT-6,摇瓶发酵四氢嘧啶产量达到21.85 g/L。研究结果可为天冬氨酸-β-半醛衍生物的生物合成提供参考。     

谷氨酸发酵生产菌的研究与开发

L-谷氨酸微生物工业化发酵生产已有50余年历史,回顾国内各味精厂曾使用过的菌种,主要是1.天津短杆菌;2.钝齿棒杆菌;3.北京棒杆菌及它们的突变株。[1]目前厂家用葡萄糖发酵所使用的菌种主要为天津短杆菌T613的突变株,     

谷氨酸发酵生产菌的研究与开发

L-谷氨酸微生物工业化发酵生产已有50余年历史,回顾国内各味精厂曾使用过的菌种,主要是1．天津短杆菌：2．钝齿棒杆菌;3．北京棒杆菌及它们的突变株．．目前厂家用葡萄糖发酵所使用的菌种主要为天津短杆菌T613的突变株,有FM820：FM84—415：FM-1至UFM-20;S9114等上述生产菌种,主要是通过诱变为主的微生物育种而获得,它的产酸能力伴随着谷氨酸发酵生产发展获得了很大的提高。但如果在现有产酸能力情况下．继续采用经典微生物育种技术（如诱变、细胞融合等手段）选育芮种,以期达到大幅度提高产酸率和糖酸转化率已相当困难。因此,采用现代基因工程手段改造菌种,从而提高产酸率和糖酸转化率不失为目前最有效的方法。     

L-色氨酸混菌发酵工艺

为解决L-色氨酸发酵过程中乙酸、乳酸等抑制性副产物积累对对菌体活力和色氨酸积累造成抑制的问题,利用2株色氨酸生产菌,即大肠杆菌TRTH和谷氨酸棒杆菌TQ2223进行混合发酵,利用谷氨酸棒杆菌代谢大肠杆菌产生的乙酸、乳酸等副产物,降低乙酸等副产物对大肠杆菌发酵的负面影响。通过单因素试验确定了混菌发酵的最佳接种间隔时间为14 h,谷氨酸棒杆菌TQ2223接种量为7. 5%,培养温度为36℃,p H 7. 0。在最佳工艺条件下进行了30 L发酵罐小试验证,结果显示,与普通发酵工艺相比,混菌发酵工艺的乙酸积累量减少84. 8%,乳酸积累量减少82. 9%,L-色氨酸产量提高13. 6%,糖酸转化率提高19. 1%。为发酵法高效生产L-色氨酸提供了新方案,为混菌发酵在氨基酸发酵中的应用提供了理论依据。     

谷氨酸生产菌具有哪些主要特证？

现有谷氨酸生产菌主要有下列特征：（1）细胞形态棒状、椭圆、短杆,都是极为相似的棒杆菌、短杆菌和小杆菌;（2）革兰氏阳性,无芽孢,不运动;