基于代谢组学分析理性强化三羧酸循环提高L-丝氨酸产量

L-丝氨酸广泛应用于医药、食品和化妆品等领域,目前尚未实现微生物直接发酵糖质原料工业化生产L-丝氨酸。在前期研究中发现,谷氨酸棒杆菌A利用蔗糖和葡萄糖生产L-丝氨酸产量存在差异。该文采用比较代谢组学的分析方法,研究谷氨酸棒杆菌A在不同碳源中的胞内代谢产物差异,揭示合成L-丝氨酸的关键代谢物,再考察外源添加主要关键代谢物对L-丝氨酸产量的影响。通过GC-MS及主成分分析和偏最小二乘判别分析,发现15种胞内代谢物可能与L-丝氨酸合成密切相关,其中三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环中富马酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、苹果酸及柠檬酸5种物质对L-丝氨酸合成影响较大;通过在培养基中分别添加这5种物质进行发酵,结果表明,富马酸对L-丝氨酸的产量影响最为显著,当添加2 g/L的富马酸时,L-丝氨酸的产量提高29.8%。表明基于比较代谢组学分析理性优化培养基的方法可以提高L-丝氨酸的产量。

氨基脱氧分支酸合成酶对谷氨酸棒杆菌生长和产L-丝氨酸的影响

L-丝氨酸是化学和材料领域中最为重要的30个骨架化合物之一,但至今尚未实现微生物发酵法工业化生产L-丝氨酸。氨基脱氧分支酸合成酶(aminodeoxychorismate synthase,ADC synthase)是L-丝氨酸分解代谢相关的关键酶,研究前期发现,与出发菌株SSAAI相比,通过ARTP诱变获得的高产L-丝氨酸突变株A36中氨基脱氧分支酸合成酶编码基因pabAB 426位发生点突变(T426I),而氨基脱氧分支酸合成酶基因突变对酶活力、菌株生长及产L-丝氨酸的影响尚未见报道。该文采用pK18 mobsacB质粒在出发菌株SSAAI上对pabAB进行426位定点突变(T426I)研究,结果发现,pabAB定点突变株的生物量比出发菌株SSAAI下降29.3%,L-丝氨酸产量提高15.9%。同时对氨基脱氧分支酸合成酶酶活力进行测定,发现氨基脱氧分支酸合成酶编码基因pabAB 426位的T426I突变导致酶的比活力下降。进一步采用不同强度的启动子调控高产菌株A36中氨基脱氧分支酸合成酶的活力,构建重组菌株A36-Pkan和A36-Dap-e;与出发菌株A36相比,重组菌氨基脱氧分支酸合成酶的比酶活力均有提高,发酵120 h时,生物量分别提高8.3%和16%,而L-丝氨酸产量分别下降18.2%和22.6%,说明提高氨基脱氧分支酸合成酶酶活力有利于谷氨酸棒杆菌生长却不利于产L-丝氨酸。