代谢工程改造枯草芽孢杆菌促进L-赖氨酸高效合成研究

为了构建具有益生功能和L-赖氨酸合成功能的“双功能”枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)重组菌株,对饲料工业常用的益生菌B.subtilis ACCC11025进行系统的代谢工程改造。结果表明:以来源于谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)的lysC^(311)、zwf^(234)和gnd^(361)替换B.subtilis中的thrD、zwf和gnd,即构建重组菌B.subtilis XH4,有利于L-赖氨酸的合成,其产量达到(20.3±1.9)g/L;将B.subtilis中hom替换成来源于C.glutamicum的hom^(59),即构建重组菌B.subtilis XH5,可显著降低副产物积累量,提高L-赖氨酸产量至(23.2±1.7)g/L,且不影响菌体生长;在重组菌B.subtilis XH5中引入C.glutamicum中的DapDH会改变二氨基庚二酸途径(DAP)碳分布进而促进L-赖氨酸的合成,目标重组菌B.subtilis XH6的L-赖氨酸产量达到(25.6±2.3)g/L。

NADPH缺陷型Corynebacterium glutamicum重组菌株的构建及其性能分析

【目的】改造谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中NADPH合成途径,阻断胞内NADPH的合成,获得1株NADPH营养缺陷型菌株。【方法】通过失活L-赖氨酸高产菌C.glutamicum Lys-χ中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(Zwf)和苹果酸酶(MalE)并将NADP^(+)依赖型异柠檬酸脱氢酶(NADP^(+)-Icdcg)替换成变形链球菌(Streptococcus mutans)中的NAD^(+)-Icdsm,阻断胞内NADPH的合成。随后结合辅因子工程,引入大肠杆菌(Escherichia coli)中膜结合吡啶核苷酸转氢酶(PntAB)并通过不同强度启动子控制PntAB的表达水平。最后,分析不同重组菌中胞内氧化还原水平和L-赖氨酸生产强度的变化。【结果】重组菌C.glutamicum Lys-χΔZMICg::ISm(即Lys-x1)胞内检测不到NADPH,为1株NADPH营养缺陷型菌株。该重组菌只在以葡萄糖酸为碳源的基础培养基中生长和积累L-赖氨酸,而以葡萄糖、丙酮酸、α-酮戊二酸和草酰乙酸为碳源时无法生长。此外,表达E.coli中的PntAB可回补重组菌Lys-χ1胞内NADPH的水平,但由于不同强度启动子控制PntAB表达水平不同,重组菌胞内NADPH水平也不同,并影响L-赖氨酸的生产强度。【结论】重组菌Lys-χ1可作为有效的底盘细胞,用于考察不同的NADPH再生策略,获得不同胞内NADPH水平的重组菌株,为进一步阐明NADPH调控微生物细胞生理代谢功能的机制提供研究基础。