谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸
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江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(22)1012);国家自然科学基金(22122806, 22208124, 32000037);江苏省自然科学基金(BK20211529, BK20200614)


Highly efficient production of L-valine by multiplex metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum
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    摘要:

    L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5 L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110 g/L、0.51 g/g和2.29 g/(L·h)。

    Abstract:

    As a branched chain amino acid, L-valine is widely used in the medicine and feed sectors. In this study, a microbial cell factory for efficient production of L-valine was constructed by combining various metabolic engineering strategies. First, precursor supply for L-valine biosynthesis was enhanced by strengthening the glycolysis pathway and weakening the metabolic pathway of by-products. Subsequently, the key enzyme in the L-valine synthesis pathway, acetylhydroxylate synthase, was engineered by site-directed mutation to relieve the feedback inhibition of the engineered strain. Moreover, promoter engineering was used to optimize the gene expression level of key enzymes in L-valine biosynthetic pathway. Furthermore, cofactor engineering was adopted to change the cofactor preference of acetohydroxyacid isomeroreductase and branched-chain amino acid aminotransferase from NADPH to NADH. The engineered strain C. glutamicum K020 showed a significant increase in L-valine titer, yield and productivity in 5 L fed-batch bioreactor, up to 110 g/L, 0.51 g/g and 2.29 g/(L·h), respectively.

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引用本文

赵阔,程金宇,郭亮,高聪,宋伟,吴静,刘佳,柳亚迪,刘立明,陈修来. 谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸[J]. 生物工程学报, 2023, 39(8): 3253-3272

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  • 收稿日期:2022-12-13
  • 最后修改日期:2023-02-17
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  • 在线发布日期: 2023-08-10
  • 出版日期: 2023-08-25
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