功能膜微域在七烯甲萘醌合成过程中的作用解析

功能膜微域(functional membrane microdomains,FMMs)是细菌细胞质膜上富含脚手架蛋白和聚异戊二烯类物质的结构域,参与细胞生命活动的多个过程。本研究主要聚焦于揭示FMMs与MK-7之间的相关性,并对MK-7合成进行代谢调控。首先,通过荧光标记初步确定FMMs和MK-7在细胞膜上存在相关性;其次通过分析FMMs破坏前后细胞膜上MK-7含量的变化以及细胞膜有序度的变化情况,明确MK-7是FMMs的聚异戊二烯类关键组分;接下来,采用可视化分析探究MK-7合成过程中部分关键酶的亚细胞定位,并通过FloA将胞内游离的途径酶Fni、IspA、HepT和YuxO定位至FMMs中,进而实现MK-7合成途径的区室化,最终成功获得一株高产MK-7的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株BS3AT,摇瓶水平MK-7产量达到300.3 mg/L,3 L发酵罐中MK-7产量为464.2 mg/L。

改造细胞质膜促进途径酶组装及N-乙酰氨基葡萄糖合成

功能膜微域(FMMs)可以作为内源性空间支架进行途径酶组装,适度地提高FMMs在质膜中的占比能够明显提高产物合成量,然而对FMMs进行改造后,细胞生长和产物的合成均受到抑制。在课题组前期研究的基础上,对细胞质膜进行理性改造以缓解FMMs过度改造对细胞造成的影响。首先通过过表达PlsX,PlsY和PlsC改造细胞质膜,之后,以枯草芽孢杆菌合成N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)为例,发现质膜改造的菌株中GlcNAc产量达到(5.18±0.16)g/L,与对照菌株相比产量提升了41.9%,同时,细胞质膜改造也明显降低FMMs过度修饰对菌株生长产生的不利影响。