维生素对谷氨酸棒杆菌SYPS-062直接发酵合成L-丝氨酸的影响

研究了VB1,生物素,VB6,VB2,叶酸和VB12对一株谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）SYPS-062直接利用糖质原料发酵生产L-丝氨酸的影响,并且初步分析了这几种维生素对菌株SYPS-062发酵积累L-丝氨酸的调控机制。添加一定量的生物素,VB1和VB6表现出对L-丝氨酸积累分别为35%,28%和11%的促进;添加VB2实现了L-丝氨酸和生物量的等幅提高;而叶酸和VB12则通过促进菌株SYPS-062中1C单元循环的效率使L-丝氨酸的积累量分别提高了39%和82%,并且实现了产物转化率（YP/S）及单位细胞产率（YP/X）的显著提高。将六种维生素在其分别的最优浓度下复配,添加在发酵培养基中,结果发现发酵周期有6 h左右的缩短,并且达到的最大生物量及L-丝氨酸的积累分别为11 g/L和9.0 g/L。     

谷氨酸棒杆菌SYPS-062 L-丝氨酸脱水酶活性分析及其基因敲除对L-丝氨酸积累的影响

以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) SYPS-062基因组DNA为模板,扩增得到L-丝氨酸脱水酶(L-SerDH)的编码基因sdaA。将其克隆到表达载体pET-28a(+),并在E.coli BL21(DE3)中诱导表达,对纯化的L-SerDH进行了酶活测定,并与来自C.glutamicum ATCC13032的重组L-SerDH进行了比较,结果显示,两种不同菌株来源的重组L-SerDH降解L-丝氨酸的酶比活力差异并不显著。在此基础上敲除菌株SYPS-062 的sdaA基因,探讨该基因对C.glutamicum SYPS-062生长及产酸的影响。通过构建自杀型重组质粒pK18mobsacB-△sdaA,电击转入C.glutamicum SYPS-062中,以同源重组的方式获得了sdaA基因缺失突变株,并用PCR方法对突变株C.glutamicum SYPS-062△sdaA进行了验证。与出发菌株相比,突变菌株生长缓慢,单位菌体L-丝氨酸的产量(Y_P/X)提高了15.13%。     

直接利用糖质原料产L-丝氨酸谷氨酸棒杆菌glyA基因序列分析

以能够利用糖质原料产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）SYPS-062 glyA基因为研究对象,比较cglutamicum SYPS-062与C．glutamicum模式菌株ATCC13032的glyA基因的异同。分别以SYPS-062及ATCC13032基因组为模板,利用PCR技术获得丝氨酸羟甲基转移酶编码基因glyA。核苷酸序列分析结果表明,来源于SYPS-062和ATCC13032的glyA基因片段全长均为1305bp,编码434个氨基酸,分子量为46．5kD,基因的同源性为99．54％,存在6个核苷酸的差异,引起一个氨基酸残基的突变。将获得的基因分别在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21（DE3）中诱导表达。酶活测定结果显示,2种不同菌株来源的重组SHMT的比活力稍有差异,说明SYPS-062 glyA基因的差异对其表达产物SHMT蛋白构型及功能影响不大。提示对于C.glutamicum SYPS-062能够利用糖质原料产L-丝氨酸的机制解析应进一步从glyA基因的转录水平、翻译水平及胞内SHMT辅酶的供给情况等方面进行深入研究探讨。     

产L-丝氨酸菌株SYPS-062的鉴定及碳源对发酵的影响

采用形态学、生理生化实验和16S rDNA序列分析的方法对从自然界中筛选得到的一株能直接利用糖质原料发酵生产L-丝氨酸菌株SYPS-062的分类地位进行了研究, 确定其为谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)。同时考察了碳源对菌株SYPS-062发酵产L-丝氨酸的影响, 实验结果表明, 当蔗糖浓度为60 g/L时, 菌株SYPS-062生物量和L-丝氨酸的积累均达到最大值, 分别为8.1 g/L和6.6 g/L。     

谷氨酸棒杆菌TL1105的L-组氨酸生物合成途径分析

目的：对谷氨酸棒杆菌TL1105由葡萄糖生物合成L-组氨酸的代谢途径进行分析,以确定L-组氨酸合成的最佳途径和最大理论产率。方法：运用METATOOL软件对谷氨酸棒杆菌TL1105合成L-组氨酸进行途径分析。结果：确定了L-组氨酸合成的最佳途径,并确定最大理论产率为1．2;通过比较途径分析所获得的基础反应模型,确定了5-磷酸核糖焦磷酸是L-组氨酸合成途径的关键节点,并且确定了谷氨酸的大量合成是L-组氨酸合成的重要前提;添加谷氨酸,L-组氨酸的产量提高了39．2％。结论：以途径分析为指导,改变外界环境因子,L-组氨酸的产量得到显著的提高。     

L-缬氨酸合成的代谢流量分析

分别测定谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）AS1-495及其3个逐个叠加不同遗传标记的突变株AA361、AAT231和AATV341在特定培养时段（26～28h）L缬氨酸等代谢物的胞外浓度,由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累（或消耗）的速率,分别做出这4株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-缬氨酸合成流量分布的影响。结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,节点处的流量分配朝着有利于L缬氨酸合成的方向改变。6-磷酸葡萄糖节点处流入EMP途径和HMP途径的流量分配由17.0∶83.0变为24.3∶75.7;丙酮酸节点处流入L-缬氨酸合成途径和其他途径的流量分配由15.8∶842变为76.7∶23.3/L-缬氨酸合成的分支途径上的流量由最初的5.37增大为37.3,乳酸合成途径的流量从11.1最后降为1.16,L-缬氨酸产量由4g/L提高到24.5 g/L。代谢流量分布的变化趋势与L缬氨酸产量的变化趋势是互相吻合的。以2-噻唑丙氨酸抗性突变（2TAr）和L天冬氨酸氧肟酸盐超敏性突变（LAAHss）有效地进行代谢流遗传导向的事实,在代谢流量分析的层面上,证明结构类似物抗性突变和结构类似物超敏性突变是代谢流导向和设计育种的十分有效的手段,代谢流量分析会成为设计育种的校正方法。     

耐温谷氨酸棒杆菌的选育及其高温谷氨酸发酵代谢流量分析

采用基因组改组的方法选育获得的一株耐温谷氨酸棒杆菌F343,并比较了F343与其出发菌株S9114在39℃发酵谷氨酸时的发酵特性和代谢流量。结果表明:耐温菌F343的比生长速率、比谷氨酸积累速率可维持在较高的水平;通过发酵中后期代谢流量分析发现耐温菌F343在磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)节点处,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPc)催化的CO_2回补支路反应代谢流增加;α-酮戊二酸(KG)节点处,谷氨酸氢酶(GDH)催化的产生谷氨酸的支路代谢通量增加。此外,高温发酵谷氨酸时,耐温菌F343高温发酵谷氨酸过程产生的乳酸等副产物较出发菌株S9114少。通过改善种子质量,F343在高温发酵30 h产酸达到10.1%,较出发菌株提高67%。     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸

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5L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110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。     

谷氨酸棒杆菌ilvE基因的敲除对相关氨基酸合成的影响

L-缬氨酸是谷氨酸棒杆菌SYPS-062发酵生产L-丝氨酸的主要副产物.为减少L-缬氨酸的积累,利用基因重组技术敲除SYPS-062转氨酶B编码基因ilvE内部的987 bp核苷酸序列,构建了ilvE基因缺失突变株SYPS-062△ilvE.研究表明,重组菌ilvE基因的缺失直接导致了分支氨基酸(Val、Ile、Leu)的合成能力的降低,影响了菌体的生长,其中Ile成为生长限制性因子,在培养基中添加分支氨基酸能明显促进其生长.重组菌培养96 h,发酵液中L-缬氨酸含量低于0.5 g/L,与出发菌株相比,其生成率降低90％.     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络。分别测定了它们在特定培养时段(50 h~52 h)L-精氨酸等代谢物的胞外浓度, 由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累(或消耗)的速率, 分别作出这3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图, 进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响。结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化, 节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变。从代谢流量分析角度上, 证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段, 代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路。     

Serial flux mapping of Corynebacterium glutamicum during fed-batch L-lysine production using the sensor reactor approach

Using our recently developed sensor reactor approach, lysine-producing, nongrowing Corynebacterium glutamicum MH20-22B cells were subjected to serial (13)C-labeling experiments for flux analysis during the leucine-limited fed-batch production phase in a 300-L bioreactor. Based on two-dimensional (2D) nuclear magnetic resonance (NMR) measurements of (13)C-labeling patterns of cytoplasmic free metabolites, metabolic flux distributions in the central metabolism were successfully determined. Focusing on the highly concentrated metabolite L-glutamate, the working hypothesis was validated that the equilibration of labeling patterns in intracellular pools was much faster (up to 9.45 min) than the labeling period (3 h) used in the experiments. Analysis of anaplerotic reactions revealed that highly selective lysine production was accompanied by a significant reduction of decarboxylating reactions from 10 mol% to only 2 mol%, whereas PEP/pyruvate-carboxylating fluxes remained constant at about 40 mol% of consumed glucose. These results support the conclusion that an optimized C. glutamicum L-lysine producer should possess increased PEP carboxylase and/or pyruvate carboxylase activity combined with downregulated, decarboxylating fluxes consuming oxaloacetate/malate. The findings also illustrate the usefulness of the sensor reactor approach in the study of industrial fermentations.     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络.分别测定了它们在特定培养时段(50 h～52 h)L-精氨酸等代谢物的胞外浓度,由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累(或消耗)的速率,分别作出这3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响.结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变.从代谢流量分析角度上,证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段,代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路.     

Metabolic characterization of a L-lysine-producing strain by continuous culture

Continuous culture experiments with the L-producer, Corynebacterium glutamicum, were carried out to characterize the effect of specific growth rate on fermentation yields, specific rates, productivities, and fluxes through the primary metabolism. The specific productivity of L-lysine exhibited a maximum with respect to specific growth rate, with an initial growth-associated behavior up to specific growth rates of about 0.1 h(-1), and a constant specific productivity for specific growth rates in the range of about 0.1 to 0.2 h(-1). The productivity dropped at specific growth rates larger than about 0.2 h(-1). The yield of L-lysine on glucose increased approximately linearly with decreasing specific growth rate over the entire range studied, as did the respiratory quotient. A direct relationship was established between the culture respiratory quotient and the L-lysine yield. By explicitly accounting for glucose used for biomass synthesis, it was shown that the strain synthesizes L-lysine with an intrinsic yield, or efficiency, of about 0.41 mol L-lysine/mol glucose, compared with the theoretical yield of 0.75 mol/mol. Metabolic flux modeling based on the continuous culture data suggests that the production of ATP is not likely to be a limiting factor in L-lysine production, and that a high TCA cycle activity, coupled with a tightly controlled split of metabolite flow at the PEP node, is likely the cause of the large discrepancy between theoretical and actual yields in L-lysine fermentations.