代谢工程改造大肠杆菌合成L-异亮氨酸的研究

以L-苏氨酸生产菌Escherichia coli THRD为出发菌株,利用基因重组技术替换ilv LXGMEDA启动子并过表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilv A和ilv IH,以期获得L-异亮氨酸生产菌。将ilv LXGMEDA启动子替换为强启动子Ptrc并敲除ilv LXGM后获得ILE01菌株,于该菌株中分别过表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilv IH及共表达解除L-异亮氨酸反馈抑制的ilv A和ilv IH,获得菌株ILE02和ILE03,其L-异亮氨酸产量分别达到1.75 g/L和2.19 g/L。针对ILE03α-酮丁酸积累量过高的问题,通过改变操纵子中ilv A和ilv IH的顺序调节其转录水平,获得菌株ILE04,其L-异亮氨酸产量达2.85 g/L。利用ILE04于5 L发酵罐中进行发酵实验,L-异亮氨酸产量、发酵强度及转化率分别为5.23 g/L、0.17 g/(L·h)及4.6%。

Syntheses,Crystal Structures and Bioactivities of Two Novel Isatin Derivatives

Two novel compounds 1-（4-fluorobenzyl）-4-chloro-（Z）-3-benzoylhydrazono-2-indolinone（1） and 1-（4-methoxybenzyl）-（Z）-3-benzoylhydrazono-2-indolinone（2） were synthesized and their crystal structures were determined by single-crystal X-ray diffraction.Compound 1（C22H15ClFN3O2） crystallized in the triclinic system,space group P1·with a=0.94198（19） nm,b=1.4339（3） nm,c=1.5018（3） nm,α=101.58（3）°,β=102.96（3）°,γ=102.73°,V=1.8602（6） nm3,Mr=407.82,Dc=1.456 g/cm3,μ=0.240 mm-1,F（000）=840,Z=4,R1=0.0442 and wR2=0.1064.Compound 2（C23H19N3O3） crystallized in the triclinic system,space group P1·with a=1.0022（2） nm,b=1.0192（2） nm,c=1.0461（2） nm,α=99.86（3）°,β=117.30（3）°,γ=94.13（3）°,V=0.9215（3） nm3,Mr=385.41,Dc=1.389 g/cm3,μ=0.094 mm-1,F（000）=404,Z=2,R1=0.0403 and wR2=0.1142.The preliminary herbicidal activities of the two compounds were also evaluated.

黄色短杆菌ilvN基因定点突变和ilvBN、ilvC串联表达对L-缬氨酸产量的影响

由ilv BN、ilv C基因编码的乙酰羟酸合成酶(AHAS)和乙酰羟酸异构还原酶(AHAIR)是L-缬氨酸合成途径的两个关键酶。本实验以黄色短杆菌Brevibacterium flavum MD515为出发菌株,通过PCR技术扩增其ilv BN和ilv C基因,对调节亚基ilv N进行定点突变,获得抗反馈抑制突变型编码基因ilv BNrC;然后将其插入穿梭表达载体p Z8-1中,构建串联表达质粒p Z8-1-ilv BNrC并转化出发菌株,筛选获得工程菌株B.flavum MD515/p Z8-1-ilv BNrC。摇瓶发酵该工程菌株L-缬氨酸产量达29.5 g·L-1,较出发菌株提高27.7%,同时生长速度和生物量也比出发菌株有所提高,丙氨酸含量降低,L-亮氨酸及L-异亮氨酸含量提高。在30 L发酵罐连续补料发酵60 h后L-缬氨酸产量达61.7 g·L-1,糖酸转化率为39.2%。菌株MD515/p Z8-1-ilv BNrC发酵液透光率较出发菌株高且蛋白含量低,这些特性有利于发酵液后期的分离提取。

乙酰羟基酸合酶在支链氨基酸生产中的研究进展

乙酰羟基酸合酶(acetohydroxyacid synthase,AHAS)是一种硫胺素二磷酸(thiamine diphosphate,ThDP)依赖性酶,是催化支链氨基酸(branched chain amino acid,BCAA),即L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸生产的第一步关键酶。AHAS容易受到末端产物BCAA的反馈抑制,从而抑制该酶的活性并影响流向支链氨基酸的碳通量。因此,AHAS成为高产支链氨基酸的重要靶点,对AHAS的改造具有重要意义。本文介绍AHAS的结构、催化机理以及该酶在BCAA合成途径中的作用,总结对该酶催化过程的研究现状以及目前对AHAS的分子改造策略,最后提出该酶未来的研究方向以及改造策略。

改造乙酰羟酸合成酶提高L-亮氨酸产量

乙酰羟酸合成酶(acetohydroxy acid synthase,AHAS,编码基因ilvBN)是L-亮氨酸合成途径的第一个限速酶。以谷氨酸棒杆菌XL-3(Corynebacterium glutamicum XL-3)为底盘细胞,通过分析并改造AHAS增加其对底物丙酮酸的偏好性,从而提高L-亮氨酸产量。首先利用AHAS的氨基酸序列进行同源建模,根据蛋白质结构进行丙氨酸扫描,找到突变的潜在位点,通过测定突变体酶活力和重组菌株的L-亮氨酸产量寻找最适突变体。测定结果发现将157位Gln突变成Arg能够有效提高AHAS催化丙酮酸的能力,最终重组菌株的L-亮氨酸产量达到(23.5±1.8)g/L,比出发菌株谷氨酸棒杆菌XL-3增加了51%,同时副产物L-异亮氨酸产量有所下降。因此,通过对AHAS的理性改造促进了L-亮氨酸的合成,该研究结果对后续利用蛋白质工程强化微生物合成L-亮氨酸等支链氨基酸具有重要的参考价值。