大肠杆菌的耐酸机制及其改造研究进展

微生物细胞在自然环境或工业应用中经常受到酸胁迫,严重制约细胞生长性能和产物合成效率。为了在各种酸性环境中生存,耐酸细菌发展出多种保护机制来维持细胞内pH稳态,如氢离子消耗、细胞膜保护、代谢修饰等。因此,深入研究耐酸机制、改进菌株耐酸能力对于利用微生物发酵合成高附加值产品具有重要意义。作为模式微生物,大肠杆菌耐酸机制的研究较为透彻,近年来其耐酸性改造也取得了重大进展。本文主要总结了大肠杆菌的氧化或葡萄糖抑制系统(acid resistance system 1,AR1)、谷氨酸依赖型耐酸系统(acid resistance system 2,AR2)、精氨酸依赖型耐酸系统(acid resistance system 3,AR3)、赖氨酸依赖型耐酸系统(acid resistance system 4,AR4)和鸟氨酸依赖型耐酸系统(acid resistance system 5,AR5)、细胞膜保护以及生物大分子修复等方面的耐酸机制,并概述了利用传统代谢工程、全局转录工程和适应性实验室进化等方法构建大肠杆菌耐酸菌株的研究进展,同时展望了大肠杆菌耐酸机制及其改造的后续研究方向。

中链脂肪酸毒性机制及耐受性菌株构建研究进展

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)作为一种重要的平台化学品,被广泛应用到能源、食品和医药等行业。工业微生物发酵生产MCFAs是一条绿色环保的路线,但MCFAs会对微生物细胞膜造成损伤,并导致细胞pH、渗透压失衡及氧化应激,从而严重抑制细胞的生长速率和生产能力。因此,构建MCFAs耐受性工业微生物菌株,有助于进一步提高MCFAs的生产效率。以大肠杆菌和酿酒酵母等工业微生物为例,首先简介了MCFAs对微生物细胞的毒性机制。其次综述了运用膜改造、转运体筛选等理性代谢工程手段构建MCFAs耐受性菌株的相关研究进展,并概括了运用适应性进化、代谢通量分析等方法系统性挖掘MCFAs耐受靶点进而增强菌株耐受性的研究进展。最后对后续提高工业微生物MCFAs耐受性和生产能力的研究方向进行了展望。

大肠杆菌合成中链脂肪酸研究进展

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)及其衍生化学品在能源、医药、化工等诸多领域具有重要的应用价值.微生物发酵生产MCFAs是一条绿色、可持续的路线.大肠杆菌(Escherichia coli)可利用天然脂肪酸合成(fatty acid biosynthesis,FAB)路径和逆向β氧化(reversedβ-oxidation,RBO)路径合成MCFAs.MCFAs生产存在链长难控制、合成效率低、细胞损伤大等问题.近年来,工程大肠杆菌合成MCFAs取得了重大进展.通过链长控制蛋白的筛选与改造,MCFAs合成特异性得以提高;通过增加前体供应和强化产物释放,对合成路径进行“推-拉”,MCFAs合成效率得以改善;通过膜工程改造、应激响应调控及适应性进化,工程菌株对MCFAs的耐受性得以增强.本文基于大肠杆菌合成MCFAs的两种路径,系统综述了近年来控制产物链长、优化合成路径和增强细胞耐受的工程化策略,并展望了后续改善MCFAs合成的研究方向.

工程大肠杆菌合成游离脂肪酸的研究进展

游离脂肪酸作为一种重要的平台化合物,其衍生产品被广泛应用到能源、化学工业中。作为更加可持续、绿色的生产策略,利用工程微生物合成游离脂肪酸是以石油基和动植物为原料生产脂肪酸类产品的重要补充。大肠杆菌作为经典的模式微生物,通过对其进行代谢工程改造,脂肪酸的积累已经从痕量提高到了约9g/L,展示了其作为脂肪酸合成菌株的巨大应用潜力。随着合成生物学技术的涌现,"感应-调控器"、体外重构、β氧化逆循环、异源合成途径的整合等思路的引入极大地加快了工程大肠杆菌脂肪酸合成的进化速率,并赋予大肠杆菌合成多种脂肪酸产品的能力。对近年来通过代谢工程和合成生物学手段改造大肠杆菌合成游离脂肪酸的研究进展进行综述,对其发展前景进行展望。

解脂耶氏酵母基于木质纤维素原料生产化学品研究进展

解脂耶氏酵母具有遗传背景清晰、分子操作体系较为成熟、抗逆性强、底物谱广、有机酸和蛋白质分泌能力强等优点,在微生物发酵生产化学品领域极具应用潜力。木质纤维素是丰富的可再生生物质资源,以木质纤维素原料替代化石原料生产化学品对于缓解全球能源危机、保障粮食安全等意义重大。解脂耶氏酵母可以天然代谢木质纤维素水解产生的葡萄糖,但对其他水解产物(如木糖)的利用效率极低。综述解脂耶氏酵母利用木质纤维素原料的代谢途径及改造策略,以木质纤维素原料生产化学品为例,重点讨论该过程中的主要瓶颈问题及解决办法,为后续研究提供参考。