大肠杆菌GalP-GlK途径功能分析

大肠杆菌(Escherichia coli)主要经磷酸转移酶系统(phosphotransferase system,PTS)完成葡萄糖的底物水平磷酸化,启动葡萄糖代谢。为了拓展大肠杆菌的葡萄糖转运代谢能力,在删除大肠杆菌PTS系统的基础上,通过对半乳糖转运蛋白(GalP)与葡萄糖激酶(GlK)的过量表达搭建不依赖PTS系统的GalP-GlK葡萄糖转运途径,研究并探索大肠杆菌葡萄糖代谢的启动新方式及其效率,并考察其生理代谢的变化。通过基因重组技术删除大肠杆菌B0013-025基因组中ptsHI-crr、ptsG及mlc基因,获得了突变株025P。此突变株在以葡萄糖为唯一碳源的培养基中几乎不生长,PTS系统被破坏后,葡萄糖转运能力出现了严重缺失。进一步利用启动子gap增强galP与glk的表达,所获得的重组菌株025PG恢复了经氧化磷酸化启动葡萄糖代谢的能力。强化GalP-GlK途径不仅可以启动葡萄糖代谢,还可以启动半乳糖与阿拉伯糖代谢,代谢强弱排序为葡萄糖(μ=0.31 h^(-1))>半乳糖(μ=0.27h^(-1))>阿拉伯糖(μ=0.21h^(-1))>果糖=木糖(μ=0.01h^(-1))。因此,不依赖PTS系统的大肠杆菌菌株025PG在强化GalP-GlK途径后能够重新代谢葡萄糖,此结果为后续相关工业菌株的遗传选育提供了理论基础。