代谢工程改造大肠杆菌生产O-乙酰-l-高丝氨酸
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国家重点研发计划(2018YFA0901400)


Metabolic engineering of Escherichia coli for the biosynthesis of O-acetyl-l-homoserine
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    摘要:

    O-乙酰-l-高丝氨酸(O-acetyl-l-homoserine,OAH)是一种平台化合物,可用于生产l-蛋氨酸和其他有价值的化合物,但产量低和转化率低等问题限制了其工业化生产和应用。为了解决这一问题,本研究以前期构建的l-高丝氨酸宿主大肠杆菌HS33为底盘,采用系统代谢工程策略构建了一株高产OAH的菌株。首先,强化磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)积累、丙酮酸利用以及OAH合成途径(过表达aspBaspAthrAC1034T),获得积累13.37 g/L OAH的初始菌株;随后,整合筛选的辅因子供应基因解决还原力和能量供应问题,将产量提升至15.79 g/L;之后,进一步强化乙酸回用途径,改善乙酰辅酶A供应,结合多源乙酰基转移酶MetX表达使得改造获得的工程菌株OAH28的OAH产量提升至17.49 g/L。最终,在5 L发酵罐中进行生产性能测试,工程菌株OAH产量达到47.12 g/L,葡萄糖转化率为32%,生产强度为0.59 g/(L·h)。上述研究结果为OAH的代谢工程改造实现产量提升提供了一定的理论基础,也为工业化生产提供了有效的借鉴和参考。

    Abstract:

    O-acetyl-l-homoserine (OAH) is a promising platform compound for the production of l-methionine and other valuable compounds, while its low yield and low conversion rate limit the industrial application. To solve these problems, we constructed a strain for high OAH production with the previously constructed l-homoserine producer Escherichia coli HS33 as the chassis by systematic metabolic engineering. Firstly, PEP accumulation, pyruvate utilization, and OAH synthesis pathway (overexpressing aspB, aspA, and thrAC1034T) were enhanced to obtain an initial strain accumulating 13.37 g/L OAH. Subsequently, the co-factor synthesis genes were integrated to supply reducing power and energy, which increased the yield to 15.79 g/L. The OAH yield of the engineered strain OAH28 was further increased to 17.49 g/L by strengthening the acetic acid reuse pathway, improving the supply of acetyl-CoA, and regulating the expression of MetX from different sources. Finally, in a 5 L fermenter, OAH28 achieved an OAH titer of 47.12 g/L, with a glucose conversion rate of 32% and productivity of 0.59 g/(L·h). The results lay a foundation for increasing the OAH production by metabolic engineering and give insights into the industrial production of OAH.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

黄良刚,高峰,许诺然,周俊平,牛坤,张博,柳志强,郑裕国. 代谢工程改造大肠杆菌生产O-乙酰-l-高丝氨酸[J]. 生物工程学报, 2025, 41(1): 256-270

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  • 收稿日期:2024-03-08
  • 最后修改日期:2024-05-07
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  • 在线发布日期: 2025-01-24
  • 出版日期: 2025-01-25
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