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戊内酰胺（VL）是一种五碳（C5）内酰胺，可作尼龙-5和尼龙-6,5的前体。Taehee Han等人以谷氨酸棒杆菌为底盘，通过代谢工程改造主要产生VL产物，在基因组中筛选和改造了假定的5-氨基戊酸（5AVA）转运蛋白基因，可重新摄取排泄的5AVA，此外，多拷贝act基因整合到基因组中也加强5AVA向VL的转化。最后再通过增强葡萄糖摄取系统的构建，最终获得的VL10（pVL1）菌株，在烧瓶培养中产生9.68 g/L的VL。
主要研究内容包括：
1. 测试了Corynebacterium glutamicum BE 菌株的 VL 耐受性
作者研究了C. glutamicum BE菌株对VL的耐受性。发现在60 g/L的VL下，细胞生长受到严重抑制。
2. 设计与构建了VL生物合成途径
作者利用L-赖氨酸衍生物途径构建VL生物合成途径，将含有来自恶臭假单胞菌的密码子优化后的davAB基因用pGA1质粒引入C. glutamicum BE菌株中，将L-赖氨酸已成功转化为5AVA。再使用act 基因（编码β-丙氨酸CoA转移酶）添加his标签后克隆到pEKEx1中。且将davAB和his标记的act基因构建在同一质粒中，可减轻两个质粒对宿主菌株的负担，也证明了谷氨酸梭菌中异源VL生物合成途径的成功建立。
3. 增加 VL 通量
作者前期在C. glutamicum BE菌株中引入了 11 种基因组修饰，显着增强了L-赖氨酸通量，而VL生物合成也使用相同的前体L-赖氨酸。作者在此菌株基础上，敲除了gabT基因增加了 VL 产量水平。此外，作者使用小RNA（sRNA）技术，敲除了三个基因（hom：编码高丝氨酸脱氢酶；icd：编码异柠檬酸脱氢酶；gdh：编码谷氨酸脱氢酶）。菌株在 42 小时内产生 8.83 g/L 的 VL。然而，观察到在发酵中还产生了大量的5AVA。
4. 筛选和改造5AVA 转运基因
作者再通过敲除NCgl0464 基因，增加了5AVA滴度。发现NCgl0464 基因编码5AVA导入，负责将5AVA再摄取到细胞中。
5. 将通路基因的多个拷贝整合到基因组中
增加act 基因到三个拷贝数，增加了VL的产量。
6. 增强葡萄糖摄取系统
最后通过过表达肌醇渗透酶（iolT1和iolT2）和葡萄糖激酶（ppgk）基因加快了葡萄糖摄取，促使细胞更快生长，增加VL的产量。
最终菌株VL10 （pVL1） 菌株在补料分批发酵的 76.1 小时内产生 VL 的最终产量到达 76.5 g/L。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.07.002
