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锐谈 | Metab. Eng:通过多级代谢工程在大肠杆菌中高产L-亮氨酸

锐谈 | Metab. Eng:通过多级代谢工程在大肠杆菌中高产L-亮氨酸

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【概要描述】

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L-亮氨酸是一种广泛用于食品和制药行业的必需氨基酸。L-亮氨酸可调节肌肉蛋白质合成和血糖平衡,还被用于改善肝病患者的营养状况、调味品行业的增味剂以及制药行业的润滑剂等。

最近天津科技大学在Metabolic Engineering上发表了名为“High-level and -yield production of L-leucine in engineered Escherichia coli by multistep metabolic engineering”的文章。该研究系统性的改造大肠杆菌的代谢途径,改善生产过程的氧化还原平衡,使最终的工程菌株经24h补料分批发酵,获得63.29 g/L的L-亮氨酸,是迄今为止报道的最高的L-亮氨酸生产效率。

该着策略如下图所示:
1. 利用抗反馈抑制突变型的leuABCD和ilvBN,解除L-亮氨酸反馈抑制。
2. 通过异源表达青春双歧杆菌的双功能磷酸化酶(Fxpk)为基础的NOG途径,重构AcCoA合成途径。该途径相较于由丙酮酸合成没有CO2损失,可将一个分子的葡萄糖转化为三个分子的AcCoA,减少碳损失。
3. 利用响应胞内亮氨酸浓度反馈的启动子PleuABCD,替换TCA循环第一个基因gltA的启动子,动态调控TCA循环的强度。使工程菌株在前期促进生长,而在L-亮氨酸开始生产时,限制进入TCA循环的碳通量。
4. 利用NADH依赖的ilvC、ilvE替换原途径中的相关基因,平衡L-亮氨酸合成长中辅酶代谢,平衡氧化还原通量。
该研究一大亮点是巧妙的通过一个响应产物浓度的启动子作为动态开关,使工程菌株整个发酵过程中的碳流量在菌株生长期和产物生产期被动态调控,分别流向菌体生长和产物合成,从而实现了迄今为止最高的L-亮氨酸生产效率。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S109671762300085X?via%3Dihub

作者:留白

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