最新技術(shù)創(chuàng)新提升精氨酸發(fā)酵產(chǎn)量
2016/8/16 10:00:38點(diǎn)擊：
精氨酸是一種半必須氨基酸，是重要的食品調(diào)味劑和制藥工業(yè)氨基酸。利用微生物發(fā)酵進(jìn)行精氨酸生產(chǎn)正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。近日，江南大學(xué)饒志明課題組發(fā)表于代謝工程雜志Metabolic Engineering上的文章報(bào)道了通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的策略來(lái)提高精氨酸發(fā)酵產(chǎn)量的研究。文章作者認(rèn)為ROS和ATP都是細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的重要組成部分，而精氨酸的合成需要大量的ATP。在不改變精氨酸合成途徑的基礎(chǔ)上，本文研究者通過(guò)減少H2O2合成和增加ATP供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了精氨酸產(chǎn)量的顯著提升。
在早先的工作中，該研究組通過(guò)誘變育種獲得了一株精氨酸高產(chǎn)的棒狀桿菌。在這項(xiàng)工作中，研究者通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的手段進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了精氨酸產(chǎn)量的提高。首先，他們首次鑒定了谷氨酸棒桿菌中的兩個(gè)NAD(P)H依賴的黃素還原酶Frd181（frd1基因編碼）和Frd188 (frd2基因編碼)。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)編碼基因的敲除和過(guò)表達(dá)，研究人員對(duì)他們的功能進(jìn)行了研究，并且發(fā)現(xiàn)對(duì)Frd181和Frd188的失活有利于細(xì)胞的生長(zhǎng)以及精氨酸的生產(chǎn)。他們認(rèn)為這一點(diǎn)得益于胞內(nèi)H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的減少以及NADH和ATP水平的增加。在此基礎(chǔ)上，研究者們嘗試通過(guò)對(duì)noxA （編碼NADH氧化酶）、amn（編碼AMP核苷酶）的敲除以及pgk（編碼3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（編碼丙酮酸激酶）的過(guò)表達(dá)來(lái)進(jìn)一步增加ATP水平，結(jié)果顯示精氨酸產(chǎn)量得到明顯的提升。在分批補(bǔ)料發(fā)酵中，精氨酸產(chǎn)量達(dá)到57.3g/L，得率為0.326g/g葡萄糖。相比母菌分別提高了49.2%和34.2%。
在早先的工作中，該研究組通過(guò)誘變育種獲得了一株精氨酸高產(chǎn)的棒狀桿菌。在這項(xiàng)工作中，研究者通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的手段進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了精氨酸產(chǎn)量的提高。首先，他們首次鑒定了谷氨酸棒桿菌中的兩個(gè)NAD(P)H依賴的黃素還原酶Frd181（frd1基因編碼）和Frd188 (frd2基因編碼)。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)編碼基因的敲除和過(guò)表達(dá)，研究人員對(duì)他們的功能進(jìn)行了研究，并且發(fā)現(xiàn)對(duì)Frd181和Frd188的失活有利于細(xì)胞的生長(zhǎng)以及精氨酸的生產(chǎn)。他們認(rèn)為這一點(diǎn)得益于胞內(nèi)H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的減少以及NADH和ATP水平的增加。在此基礎(chǔ)上，研究者們嘗試通過(guò)對(duì)noxA （編碼NADH氧化酶）、amn（編碼AMP核苷酶）的敲除以及pgk（編碼3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（編碼丙酮酸激酶）的過(guò)表達(dá)來(lái)進(jìn)一步增加ATP水平，結(jié)果顯示精氨酸產(chǎn)量得到明顯的提升。在分批補(bǔ)料發(fā)酵中，精氨酸產(chǎn)量達(dá)到57.3g/L，得率為0.326g/g葡萄糖。相比母菌分別提高了49.2%和34.2%。
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