途径工程改造谷氨酸棒杆菌合成L-半胱氨酸

L-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,广泛应用在医药、食品和化妆品等行业。该文以实验室保藏的一株高产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)A36为出发菌株,通过加强表达丝氨酸O-乙酰基转移酶(serine O-acetyltransferase,SAT)、O-乙酰基-L-丝氨酸巯基化酶-A和转运蛋白Bcr编码基因强化L-半胱氨酸合成和转运,敲除L-半胱氨酸降解途径关键酶弱化其降解,构建系列重组菌株,其中重组菌S-C-7的L-半胱氨酸产量最高,为286.7 mg/L。进一步通过优化硫源提高菌株S-C-7的L-半胱氨酸产量,结果表明,最佳硫源为硫代硫酸钠,当发酵24 h时添加12 g/L硫代硫酸钠,L-半胱氨酸的产量最高,为581.6 mg/L,较优化前提高1.0倍。最后,在5 L发酵罐对S-C-7进行发酵评价,L-半胱氨酸产量达到1.2 g/L,是目前文献报道谷氨酸棒杆菌产L-半胱氨酸的最高产量;为实现谷氨酸棒杆菌发酵生产L-半胱氨酸奠定了基础。

rhtA和tyrP对谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸的影响分析

L-丝氨酸是化学和材料领域中最重要的30个骨架化合物之一。为探索谷氨酸棒杆菌高产L-丝氨酸的机理,通过对2株不同表型的产L-丝氨酸谷氨酸棒杆菌进行全基因组比较分析,采用回复突变、基因敲除及增强表达探索基因差异与表型差异之间的关系,明确影响L-丝氨酸产量和菌株生长的关键因素。在对出发菌株ΔSSAAI与突变株A36进行全基因组比较分析基础上,采用pK18mob sacB质粒在出发菌株ΔSSAAI上对与转运或代谢相关的4个差异基因faS、folC、rhtA和tyrP进行回复突变,得到4个回复突变菌株Kf、Ko、Kr和Kt。结果表明,4个突变菌株的生物量与出发菌株ΔSSAAI相比变化不显著,Kf和Ko突变株的L-丝氨酸产量也没有显著变化,而突变株Kr和Kt的L-丝氨酸产量分别为31.1和31.04 g/L,分别提高18.5%和18.3%。继而在ΔSSAAI中敲除rhtA与tyrP构建敲除菌株ΔrhtA与ΔtyrP。结果表明,2个敲除菌株中L-丝氨酸产量均无明显变化。而在ΔSSAAI中加强表达rhtA或tyrP基因时,L-丝氨酸产量有提高,进一步在高产突变株A36中分别加强表达rhtA与tyrP基因,重组菌株L-丝氨酸产量分别为32.55和33.7 g/L,比菌株A36分别提高6.5%和10.3%。然而与菌株A36相比,加强表达rhtA与tyrP基因导致菌株生物量分别下降13.88%和24.5%,表明加强rhtA与tyrP有利于谷氨酸棒杆菌产L-丝氨酸,而不利于菌株生长。