氨基葡萄糖及N-乙酰氨基葡萄糖的生物合成研究进展

氨基葡萄糖(glucosamine,GlcN)是由葡萄糖分子的第二位羟基被氨基取代后形成的化合物。GlcN普遍存在于动物、植物以及微生物中,是多种聚合物(如甲壳素、壳聚糖)的主要成分。GlcN及N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)具有抑制炎症、改善皮肤水分的作用,尤其对治疗骨关节炎有重要意义,因此广泛应用于医疗、保健和化妆品行业。目前主要获取GlcN的生产方法包括酸解法和酶解法水解虾蟹类外壳。此类方法存在污染严重,成本高以及效率低的问题。随着代谢工程和合成生物学的发展,使用微生物发酵合成GlcN具有生产条件温和、产品纯度高、生产周期短、不依赖地域季节限制等优点,已经获得广泛应用。该文综述了近年来微生物发酵法生产GlcN和GlcNAc的研究进展。阐述了GlcN和GlcNAc合成途径中关键酶的功能及改造策略,主要竞争性代谢途径及阻断方法;展示了核酶、sRNA动态调控工具在产物合成中的应用;并介绍了关键酶GlmS,菌株基因组的定向进化策略在GlcN和GlcNAc合成中的应用。该文通过这些策略分析和比较展现GlcN和GlcNAc生产的最新进展及未来发展前景。