大肠杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展

琥珀酸是一种重要的化工原料,具有广阔的市场. 微生物发酵法生产琥珀酸可以解决常规化学合成法对石油的依赖. 代谢工程的兴起使重组大肠杆菌生产琥珀酸变为可能,也取得了一定的成效,但是其发酵强度还不够高,且过程中伴随着其他有机酸的积累,因此还不适于工业化生产. 代谢工程以系统生物学为基础,为重组大肠杆菌的进一步改造提供了更合理的依据. 本工作以大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为对象,系统综述了大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的代谢工程技术及其最新研究进展,并探讨了将来的发展前景.     

麦秸秆水解液好氧发酵制备琥珀酸的研究

为了以廉价的可再生木质纤维为原料发酵制备琥珀酸,本文对谷氨酸棒杆菌ATCC 13869进行代谢工程改造,获得以麦秸秆水解液为原料高值转化制备琥珀酸的细胞工厂.结果显示,失活琥珀酸脱氢酶复合体,突变株在好氧条件下能够积累琥珀酸,得率为0.19 mol/mol glucose.引入来源于野油菜黄单胞菌的木糖代谢途径,突变株...     

过量表达琥珀酸输出蛋白SucE对谷氨酸棒杆菌厌氧生产琥珀酸的影响

谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum ATCC 13032在厌氧条件下通过三羧酸循环还原臂合成琥珀酸。高效地将细胞内的琥珀酸输出到胞外,对琥珀酸的生物合成具有重要意义。本实验以C.glutamicum XZ为出发菌株过表达琥珀酸输出蛋白表达基因suc E。突变株C.glutamicum XZ(p Exhsuc E)的琥珀酸得率提高了7%,生产率提高了19%。通量分析表明,过表达suc E基因后乙醛酸循环的相对通量提高了50%。采用两阶段培养,突变株C.glutamicum XZ(p Exhsuc E)的琥珀酸产量达到518 mmol·L-1,厌氧阶段的比生产率为0.95 mmol g CDW-1·h-1,1 mol glucose的平均得率为1.5 mol。     

放线杆菌生产琥珀酸的研究进展

总结了利用放线杆菌生产琥珀酸时,提高琥珀酸产量的主要途径,并介绍了琥珀酸的回收方法。     

代谢工程改造大肠杆菌生产琥珀酸

琥珀酸（succinic acid）是一种四碳二羧酸,在食品、医药、塑料和化工行业具有广泛的应用。目前,微生物法生产琥珀酸存在得率低、生产强度低、副产物积累等问题。为此,本研究通过复合诱变（ARTP和⁶⁰Co-γ射线）筛选到一株耐高渗突变株FMME-N-2,其琥珀酸得率为0.70g/g葡萄糖,同时积累18.8g/L乳酸、7.6g/L甲酸和17.3g/L乙酸。为了提高琥珀酸得率,通过敲除乳酸脱氢酶基因（ldhA）、丙酮酸-甲酸裂解酶-甲酸转运蛋白基因（pflB-focA）、磷酸转乙酰基基因（pta）、丙酸激酶基因（tdcD）和a-酮丁酸甲酸酯裂解酶基因（tdcE）,阻断冗余代谢支路减少副产物积累,获得工程菌株FMME-N-13,琥珀酸得率增加到0.92g/g葡萄糖,同时副产物大大降低,积累0.6g/L乳酸、3.6g/L甲酸和12.3g/L乙酸。同时,通过调控RBS强度组合优化来自产琥珀酸放线杆菌的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因（AsPCK）和来自博伊丁假丝酵母的甲酸脱氢酶基因（CbFDH）的表达水平,调控胞内ATP和NADH的浓度,最优工程菌FMME-N-26（FMME-N-13-L-AsPCK-L-CbFDH）的琥珀酸得率增加至1.04g/g葡萄糖,仅积累5.5g/L乙酸;最终,对厌氧阶段葡萄糖浓度进行优化,当葡萄糖浓度控制在0~5g/L时,菌株FMME-N-26的琥珀酸浓度增加到111.9g/L,得率为1.11g/g葡萄糖（理论产率的99%）,生产强度为1.76g/L/h,为琥珀酸的工业化生产奠定了良好的基础。     

生物转化法制取琥珀酸及其衍生物的前景分析

介绍了琥珀酸的主要应用领域。进一步分析了生物转化法生产琥珀酸的成本结构,生物转化法不仅具有环保、节约能源的优点,而且使琥珀酸的生产摆脱了石油产品的限制,从而使低成本、大规模制取琥珀酸成为可能。这些将为生物转化法制取琥珀酸的研究发展和战略决策提供参考资料。     

反相高效液相色谱法分离测定产琥珀酸放线杆菌发酵液中的琥珀酸

采用反相高效液相色谱法测定了产琥珀酸放线杆菌发酵液中的琥珀酸.在EclipseXDB-C8(4.6 mm i.d.×150 mm,5μm)色谱柱上,以0.005 mol/L硫酸(pH值2.5)溶液做流动相,流速为1 mL/min,示差折光检测器检测信号.峰面积(Y)与乳酸的质量浓度(X,g/L)的线性相关方程为Y=151.1x-0.666 1,线性相关系数r为0.999 9,线性范围为2.0～10.0g/L,检测限为0.9(μ)g(3倍信噪比).结果表明,实验方法简便、快速、可靠,精密度为0.22%(n=5),回收率99%以上.     

大肠杆菌FMME-N-26生产琥珀酸的发酵条件优化和放大

琥珀酸(Succinic acid)被认为是白色生物技术生产的最具潜力的大宗化学品之一,在工业上具有广泛的应用。微生物发酵生产琥珀酸具有环境友好和可持续发展等优点,展现出良好的发展前景,但是存在得率低、副产物积累、生产强度低等问题。为了实现琥珀酸的高效生产,在3.6 L发酵罐中对E. coli FMME-N-26生产琥珀酸发酵条件和补料策略进行了优化,建立了好氧-厌氧两阶段发酵工艺,最终确定发酵策略为：有氧发酵8 h后转为厌氧发酵,MgCO3为pH中和剂,发酵72 h补加抗渗透压保护剂2 mmol/L甜菜碱,厌氧阶段控制葡萄糖浓度为1~5 g/L。优化后发酵72 h,琥珀酸的产量和厌氧阶段得率分别达到119.2 g/L和1.08 g/g葡萄糖(理论得率97%),分别比优化前提高了46.4%和4.8%,副产物乙酸和乳酸仅积累2.37和0.94 g/L,分别比优化前降低了37.1%和49.2%。在1000 L发酵罐中实现中试放大生产,E. coli FMME-N-26生产琥珀酸的产量、得率和生产强度在国内外属于领先水平,为琥珀酸工业化生产奠定了坚实的基础,同时也为其他高价值化学品的生产提供了借鉴。     

代谢工程改造大肠杆菌生产L-色氨酸的研究进展

色氨酸,芳香族氨基酸之一,已被广泛应用于食品、化工、医药等行业.同传统方法酶催化、化学合成法相比,微生物法生产L-色氨酸具有生产成本低、环保和操作方便等优点.随着生物技术的快速发展,人们对大肠杆菌内色氨酸的合成机制有了更深入的了解,并实现了大肠杆菌L-色氨酸的高效生产.然而,如何突破目前大肠杆菌生产L-色氨酸的能力,降...     

生物法制备1,5-戊二胺的研究进展

生物法制备1,5-戊二胺是一种创新且具有潜在竞争力的生产方法,从生物法制备1,5-戊二胺研究现状、赖氨酸脱羧酶性质、1,5-戊二胺的生产菌种及代谢途径分析几方面进行了综述,并对其应用前景进行了展望.     

From Microbial Succinic Acid Production to Polybutylene Bio-Succinate Synthesis

A simplified and scalable one-pot process for the anaerobic production of succinic acid using a metabolically engineered Corynebacterium glutamicum strain is demonstrated. With targeted bioprocess optimization, succinic acid titer of 78 g L⁻¹ and yield of 1.41 mol_SAmol_GLC⁻¹ were achieved. Succinic acid was recovered from the neutral fermentation broth by electrochemically induced crystallization and applied for polybutylene bio-succinate synthesis using a biocompatible zinc catalyst. Except for a slight color change, the final biopolymer was comparable to the polymer from commercial precursors.     

Fermentative Production of Halogenated Tryptophan Derivatives with Corynebacterium glutamicum Overexpressing Tryptophanase or Decarboxylase Genes

The aromatic amino acid l -tryptophan serves as a precursor for many valuable compounds such as neuromodulators, indoleamines and indole alkaloids. In this work, tryptophan biosynthesis was extended by halogenation followed by decarboxylation to the respective tryptamines or cleavage to the respective indoles. Either the tryptophanase genes tnaAs from E. coli and Proteus vulgaris or the aromatic amino acid decarboxylase genes AADCs from Bacillus atrophaeus, Clostridium sporogenes, and Ruminococcus gnavus were expressed in Corynebacterium glutamicum strains producing (halogenated) tryptophan. Regarding indoles, final titers of 16 mg L⁻¹ 7-Cl-indole and 23 mg L⁻¹ 7-Br-indole were attained. Tryptamine production led to a much higher titer of 2.26 g L⁻¹ upon expression of AADC from B. atrophaeus. AADC enzymes were shown to be active with halogenated tryptophan in vitro and in vivo and supported production of 0.36 g L⁻¹ 7-Br-tryptamine with a volumetric productivity of 8.3 mg L⁻¹ h⁻¹ in a fed-batch fermentation.     

1,5-二氨基戊烷的生产及应用研究进展

作为微生物代谢产物之一,1,5-二氨基戊烷可由基因工程改造的大肠杆菌或谷氨酸棒状杆菌发酵生产。发酵得到的1,5-二氨基戊烷可用于生产新型生物聚酰胺。介绍了利用大肠杆菌及谷氨酸棒状杆菌生产1,5-二氨基戊烷的过程及其国内外应用研究状况,指出了研究中存在的问题及今后该领域的发展方向。     

大肠杆菌乙酰辅酶A代谢调控及其应用研究进展

利用生物法合成生物基化学品具有高效、绿色、可持续发展等优势。乙酰辅酶A作为细胞内物质代谢的重要中间产物,是利用生物转化法合成许多生物基化学品的重要前体,在微生物碳代谢过程中发挥着枢纽作用。本文综述了大肠杆菌乙酰辅酶A的合成、代谢调控策略及其重要应用,重点总结了乙酰辅酶A的合成途径及近期发展的提高乙酰辅酶A胞内通量的代谢调控策略,包括乙酸途径的代谢调控、丙酮酸合成乙酰辅酶A途径的代谢调控、中心碳代谢途径的代谢调控、β氧化合成乙酰辅酶A途径的代谢调控和乙酰辅酶A合成新途径的发掘,进一步展望了提高乙酰辅酶A供给的策略,利用基因组编辑技术构建合成乙酰辅酶A为前体化学品细胞工厂的方法。     

他克莫司微生物合成的研究进展

介绍了他克莫司的理化特征和免疫抑制活性,重点阐述了他克莫司发酵法生产的研究现状,着重介绍了他克莫司的合成基因簇及代谢途径研究进展,对他克莫司代谢工程改造进行综述并对今后的研究趋势进行了展望--结合系统生物学为已有的他克莫司菌株进一步进行代谢工程改造提供指导;通过合成生物学构建他克莫司合成途径全新高效的前体关键酶。     

大肠杆菌偏利共培养系统合成大豆苷元

大豆苷元是一种植物雌激素,具有多种生物活性,但在大肠杆菌中的生物全合成还未见报道。基于大豆苷元合成途径的三个模块（对香豆酸、甘草素和大豆苷元模块）,构建大肠杆菌共培养系统从头合成大豆苷元。将对香豆酸和甘草素模块分配到两株大肠杆菌中构建双菌共培养系统,合成甘草素。在此基础上,探索了三种共培养模式合成大豆苷元,结果显示,三菌共培养系统比其他两种双菌共培养系统的产量更高,达到27.8 mg/L。共培养菌株间通过苯丙氨酸的单向流动形成了偏利共生的关系,有助于平衡代谢途径,提高大豆苷元产量。该共培养系统在大肠杆菌中实现大豆苷元的从头合成,为其他黄酮类化合物的生物合成提供了即插即用的平台。     

大肠杆菌偏利共培养系统合成大豆苷元

大豆苷元是一种植物雌激素,具有多种生物活性,但在大肠杆菌中的生物全合成还未见报道。基于大豆苷元合成途径的三个模块（对香豆酸、甘草素和大豆苷元模块）,构建大肠杆菌共培养系统从头合成大豆苷元。将对香豆酸和甘草素模块分配到两株大肠杆菌中构建双菌共培养系统,合成甘草素。在此基础上,探索了三种共培养模式合成大豆苷元,结果显示,三菌共培养系统比其他两种双菌共培养系统的产量更高,达到27.8 mg/L。共培养菌株间通过苯丙氨酸的单向流动形成了偏利共生的关系,有助于平衡代谢途径,提高大豆苷元产量。该共培养系统在大肠杆菌中实现大豆苷元的从头合成,为其他黄酮类化合物的生物合成提供了即插即用的平台。     

Microbial Upgrading of Acetate into Value-Added Products—Examining Microbial Diversity,Bioenergetic Constraints and Metabolic Engineering Approaches

Ecological concerns have recently led to the increasing trend to upgrade carbon contained in waste streams into valuable chemicals. One of these components is acetate. Its microbial upgrading is possible in various species, with Escherichia coli being the best-studied. Several chemicals derived from acetate have already been successfully produced in E. coli on a laboratory scale, including acetone, itaconic acid, mevalonate, and tyrosine. As acetate is a carbon source with a low energy content compared to glucose or glycerol, energy- and redox-balancing plays an important role in acetate-based growth and production. In addition to the energetic challenges, acetate has an inhibitory effect on microorganisms, reducing growth rates, and limiting product concentrations. Moreover, extensive metabolic engineering is necessary to obtain a broad range of acetate-based products. In this review, we illustrate some of the necessary energetic considerations to establish robust production processes by presenting calculations of maximum theoretical product and carbon yields. Moreover, different strategies to deal with energetic and metabolic challenges are presented. Finally, we summarize ways to alleviate acetate toxicity and give an overview of process engineering measures that enable sustainable acetate-based production of value-added chemicals.