系统代谢工程

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郑裕国院士团队柳志强教授组:实现大肠杆菌高产O-乙酰-L-高丝氨酸
合成生物学与绿色生物制造· 2025-07-06 12:05
O-乙酰-L-高丝氨酸(OAH)研究突破 - 浙江工业大学团队通过系统代谢工程策略构建OAH高产菌株OAH37,发酵产量达94.1 g/L,创目前报道最高纪录 [1] - 研究采用模块化途径工程、酶筛选、sRNA引导瓶颈识别等策略,实现无质粒、无营养缺陷的高产菌株构建 [1] 关键技术突破 L-高丝氨酸+MetX双模块加强 - 初始菌株OAH产量5.29 g/L,通过整合天冬氨酸转氨酶等酶和筛选异源MetX,产量提升56.9%至8.30 g/L [3] - 该策略将菌株营养缺陷降至1种,奠定无质粒无营养缺陷基调 [3] 乙酰辅酶A动态调控 - 测试四种优化策略后,组合强化NOG途径、敲除adhE和过表达acs,使OAH摇瓶产量达11.59 g/L [4] - 研究揭示避溢流、强供给、控竞争可增强乙酰辅酶A合成,多途径协同是关键 [4] sRNA限速靶点诊断 - 通过sRNA对76个候选基因诊断,发现双前体碳通量分配不佳等4个需优化方面 [7] - 确认敲除L-高丝氨酸外排蛋白RhtA可减少前体流失 [7] 多代谢节点精细调控 - 通过突变aceF基因起始密码子和引入pyccg基因,OAH产量提高至15.22 g/L [9] - 使用梯度强度启动子调控GltA表达,产量提升至16.19 g/L [10] - 通过第二密码子工程-衰减子动态调控协同策略,OAH产量突破19.40 g/L [11][12] ATP周转优化 - 敲除ATP合酶基因atpFH并强化pgk基因,使OAH产量达20.08 g/L,较初始菌株提升137% [14] 发酵工艺优化 - 采用两阶段pH动态调控技术,在5 L生物反应器中OAH产量达94.1 g/L,产率1.37 g/L/h [16] - 该策略较单一pH控制提升15.5%-37.3%,解决了高pH下产物降解和低pH下合成速率受限的矛盾 [16] 研究影响与应用 - 研究成果发表于《Metabolic engineering》,为OAH绿色生物制造提供工业化解决方案 [17] - 该技术有望推动生物法制造OAH在L-蛋氨酸等有价值化学品生产中的应用 [1]