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L-异亮氨酸的影响。通过以L-异亮氨酸生产菌Corynebacterium glutamicum 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ppc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11.7%(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L-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过表达。该研究首次比较并报道了增强谷氨酸棒杆菌回补途径对谷氨酸棒杆菌生产L-异亮氨酸的影响,可为其代谢工程改造提供参考。     

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

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. glutamicumYILW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1.32 μmol/g（细胞干质量,下同）和5.18 g/L提高至3.32 μmol/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ilvBNC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brnE和brnF,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、ilvBNC操纵子及brnE和brnF能够显著提高异亮氨酸产量并降低副产物浓度。     

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。     

谷氨酸棒杆菌苏氨酸脱氨酶基因敲除及对L-亮氨酸发酵的影响

L-异亮氨酸是L-亮氨酸发酵的主要副产物,L-异亮氨酸的积累对L-亮氨酸的发酵及提取均产生不利影响。采用基因重组技术敲除L-亮氨酸产生菌-谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)TGL8207的苏氨酸脱氨酶基因ilvA,构建了ilvA缺失株谷氨酸棒杆菌(C.glutamicum)TGL8207 ilvA。发酵结果显示:ilvA基因缺失对TGL8207 ilvA的生长影响很小。与供试菌比较,TGL8207 ilvA的L-亮氨酸产量和糖酸转化率分别提高了8.4%和1.9%。     

代谢工程优化大肠杆菌高效合成L-苯丙氨酸

为获得1 株稳定高产的L-苯丙氨酸工程菌株,利用规律间隔成簇短回文重复序列/Cas9技术,在大肠杆菌W3110中引入已解除反馈抑制的分支酸变位酶/预苯酸脱水酶PheA,随后利用不同强度的启动子对莽草酸途径中各反应酶进行调控,并通过摇瓶发酵确定了莽草酸途径各步反应酶的最适表达强度,最后通过增加前体物磷酸烯醇式丙酮酸供应,获得了1 株性能最佳的L-苯丙氨酸工程菌株PHE12。利用该菌株进行摇瓶发酵24 h,L-苯丙氨酸产量达20.5 g/L。利用发酵罐分批补料发酵48 h后,L-苯丙氨酸产量达81.8 g/L,与目前文献报道的最高产量相比产量提高了12.2%,生产强度和糖酸转化率（葡萄糖计）分别为1.7 g/（L·h）和0.24 g/g,工业前景良好。     

ilvBNC操纵子协同cimA基因过表达提高Corynebacterium glutamicum YILW L-异亮氨酸产量的研究

L-异亮氨酸是人和动物八种必需氨基酸之一,在生命活动中具有重要地位。乙酰羟基酸合成酶(acetohydroxyacid synthase,AHAS)是L-异亮氨酸合成途径的关键酶(由ilvBN编码),α-酮基丁酸是L-异亮氨酸合成的重要前体。因此强化ilvBN的表达以及增加α-酮基丁酸的供应理论上可提高L-异亮氨酸的合成。cim A编码的甲基苹果酸合成酶可以催化丙酮酸和乙酰-Co A快速生成L-异亮氨酸前体α-酮基丁酸,从而增强主代谢流通量。本文采用基因重组手段将L-异亮氨酸生产菌株Corynebacterium glutamicum YILW ilvBNC操纵子中的启动子替换为强启动子Ptac获得C.glutamicum YILWPtac。摇瓶发酵结果显示该菌株L-异亮氨酸产量和转化率分别较出发菌株提高了14.8%和18.6%。在此基础上过表达cimA基因,获得C.glutamicum YILWPtacp XMJ19cim A,其L-异亮氨酸酸产量和糖酸转化率分别较出发菌株提高了14.5%和42.4%。本研究可为氨基酸生产菌株的选育提供依据。     

色氨酸转运系统改造对大肠杆菌产L-色氨酸的影响

近年来,转运系统改造已经成为氨基酸菌株菌种改良的重要手段。本研究以工业生产菌Escherichia coli MT-01/p Trp-01为出发菌株,首先利用Red重组技术,在菌株MT-01/p Trp-01基因组上敲除了色氨酸吸收基因mtr,发酵结果表明,敲除敲除突变菌的L-色氨酸产量达到35.87 g/L,与出发菌株E.coli MT-01/p Trp-01相比提高了32%;在此基础上,进一步考察了三种不同启动子(Pr,Ptac,Pser A)控制下L-色氨酸分泌基因ydd G的差异表达对菌体生长及菌株产L-色氨酸的影响。结果表明,当采用组成型启动子tac时,ydd G基因的过表达菌株L-色氨酸的产量为41.01 g/L,比mtr敲除菌株E.coli MT-11/p Trp-01的产量提高了14.3%,当采用温度诱导型启动子Pr调控ydd G基因表达时,L-色氨酸的产量与mtr敲除菌株E.coli MT-11/p Trp-01的产量相比提高了9.3%,L-色氨酸的产量达到了39.22 g/L;而采用基因ser A的天然启动子调控ydd G表达时,菌体的生长受到了明显抑制,L-色氨酸产量仅有27.1 g/L的色氨酸。综上,大肠杆菌基因mtr的敲除和基因ydd G的过表达均可以有效提高工程菌株生产色氨酸的能力。     

基因敲除降低L-缬氨酸发酵中亮氨酸和异亮氨酸含量的研究

黄色短杆菌(Breviabacterium flavum)是L-缬氨酸生产的重要菌株,但缬氨酸发酵中常出现亮氨酸、异亮氨酸含量超标的问题.本研究敲除编码黄色短杆菌亮氨酸和异亮氨酸合成的关键基因,自主构建得到了工程菌株MH-1000-△ilvA、MH-1000-△leuA和MH-1000-△ilvA△leuA.对这些工程菌株进行摇瓶发酵和50 L罐发酵,结果表明,工程菌株有效地降低了L-缬氨酸发酵液中L-亮氨酸和L-异亮氨酸的含量,对于缬氨酸的高纯度生产具有一定的实际意义.     

增强乙醛酸循环对大肠杆菌合成L-苏氨酸的影响

L-苏氨酸是人类必需氨基酸,在医药、食品、饲料领域有广泛的应用。在L-苏氨酸发酵生产过程中,乙醛酸循环起到部分回补途径的功能。本实验利用Red重组技术,以L-苏氨酸生产菌Escherichia coli THRD为出发菌株,构建了icl R基因缺失菌株THRDΔicl R以及不同强度启动子替换ace BAK启动子的菌株THRD P1和THRD P2。通过实时荧光定量PCR检测表明,苹果酸合酶基因(ace B)的表达量分别是原菌的1.89倍、2.11倍以及2.96倍。摇瓶发酵结果显示,THRDΔicl R的L-苏氨酸产量及糖酸转化率分别为42.60±1.23 g/L和32.77 g/g,较原菌THRD(35.32±1.07 g/L和27.17 g/g)分别提高20.61%和20.70%。THRD P1 L-苏氨酸产量及糖酸转化率分别为36.50±1.42 g/L和28.08 g/g,较原菌THRD(35.32±1.07 g/L和27.17 g/g)分别提高3.34%和3.39%。而THRD P2 8 h后菌体生长停滞,L-苏氨酸产量及糖酸转化率分别为8.31±1.31 g/L和20.78 g/g,较原菌THRD(35.32±1.07 g/L和27.17 g/g)分别降低了76.47%和23.52%。综上所述,适当增强乙醛酸循环有利于L-苏氨酸的积累,而过强的乙醛酸循环影响菌体的正常代谢。     

基于钝齿棒杆菌argGH启动子改造的L-瓜氨酸高效合成

L-瓜氨酸是尿素循环的重要中间体,在argGH编码酶的催化下易分解为L-精氨酸,在微生物体内难以大量积累。作者通过启动子替换手段,以弱启动子P-dapAB6替换调控argGH表达的启动子P-argG,构建了弱化L-瓜氨酸分解代谢途径的重组菌株Corynebacterium crenatum H-7-PdapAB6:argGH。重组菌株的转录水平和酶活力结果显示,重组菌株分解途径中argG和argH的基因表达水平下调,精胺琥珀酸合成酶ASS(argG编码)和精胺琥珀酸裂解酶ASL(argH编码)酶活分别降低91.80%和55.35%。摇瓶发酵结果表明,L-瓜氨酸的产量、糖酸转化率和生产强度分别为33.85 g/L、0.25 g/g和0.34 g/(L·h),较原始菌株分别提高了4.91、5.00和4.86倍。通过启动子替换策略,构建了L-瓜氨酸分解代谢途径弱化的工程菌株,初步实现了L-瓜氨酸的高效合成。