理性设计和构建过量合成莽草酸的大肠杆菌代谢工程菌

利用代谢工程手段理性改造野生大肠杆菌的莽草酸(Shikimic acid,SA)合成途径及相关代谢节点,以构建高产莽草酸的工程菌株.根据细胞代谢网络分析,利用Red-Xer重组系统连续删除了野生型大肠杆菌CICIMB0013的莽草酸激酶基因(aroL、aroK),葡萄糖磷酸转移酶系统(PTS)的关键组分EIICBglc的编码基因(ptsG)以及奎宁酸/莽草酸脱氢酶基因(ydiB)并系统评价了基因删除对细胞的生长、葡萄糖代谢和莽草酸积累的影响.aroL、aroK的删除阻断了莽草酸进一步转化成为莽草酸-3-磷酸,初步提高莽草酸的累积.删除ptsG基因使大肠杆菌PTS系统部分缺失,细胞通过GalP-glk(半乳糖透性酶-葡萄糖激酶)途径,利用ATP将葡萄糖磷酸化后进入细胞.利用该途径运输葡萄糖能够减少PEP的消耗,使得更多的碳代谢流进入莽草酸合成途径,从而显著提高了莽草酸的产量.在此基础上删除ydiB基因,阻止了莽草酸合成的前体物质3-脱氢奎宁酸转化为副产物奎宁酸(Quinic acid,QA),进一步提高了莽草酸的累积.初步发酵显示4个基因缺失的大肠杆菌代谢工程菌生产莽草酸的能力比原始菌提高了90多倍.     

改进莽草酸合成代谢的大肠杆菌工程化研究新进展

莽草酸是芳香族氨基酸合成中的重要中间产物,具有广泛的药用价值,是抗流感药物"达菲"的重要合成前体。微生物发酵生产莽草酸具有许多优点,其中大肠杆菌常用于微生物大规模发酵生产应用。通过对大肠杆菌进行代谢工程改造,是构建工业化莽草酸高产菌的主要技术手段。磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(phosphoenolpyruvate:carbohydrate phosphotransferase system,PTS)是大肠杆菌细胞内参与葡萄糖从膜间质转运和磷酸化到胞内的主要活性转运系统,影响莽草酸合成前体磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的利用率。通过对PTS系统的定向修饰和改造,调节细胞内代谢流向,提高碳源利用率,增加莽草酸前体合成量,结合对代谢途径中的特定修饰,能够构建出较为理想的莽草酸高产菌。研究显示在10 L放大体系中最佳产率可达0.36 mol/mol,莽草酸浓度可达84 g/L。本文针对代谢改造中莽草酸途径和葡萄糖转运系统的改造方面进行简单概述,并综述了近年来有关此方面的最新研究进展。     

使用动态分子开关调控大肠杆菌生产莽草酸

莽草酸是大肠杆菌合成芳香族氨基酸的中间代谢物,也是抗流感药物"达菲"的重要合成前体。合成莽草酸需要截断莽草酸途径,导致芳香族氨基酸无法合成,因此面临细胞生长受到抑制的问题。使用动态调控策略通过将细胞生长和莽草酸的合成相互分离,可以提高菌株的生产性能。通过使用生长偶联型启动子和降解决定子(Degrons),组建动态分子开关。利用该动态分子开关实现细胞生长与莽草酸合成分离,在5L发酵罐中经过72h发酵得到了14.33g/L的莽草酸。结果表明,这种动态分子开关可以通过调控靶蛋白丰度来改变碳流量平衡,使菌株获得更优秀的生产性能。     

莽草酸合成途径元件库:现状与未来

<正>莽草酸广泛存在于自然界中,并在医药、工业、能源领域具有应用价值。莽草酸途径是植物和微生物合成芳香族氨基酸等重要化合物的关键代谢路径。近年来,合成生物学技术迅速发展,莽草酸途径已经成为合成生物学重要的研究对象。生物元件的挖掘、搜集、表征及标准化等一直是合成生物学研究的重要方向之一,文章从传统元件的收集与整理、标准化元件库的批     

基于莽草酸途径微生物合成芳香族化合物及其衍生物的研究进展

芳香族化合物是一类重要的天然产物,在自然界中广泛存在,应用于食品、医药、化工等多个领域,主要通过化学合成、植物提取等方式获得。近年来,随着石化资源减少、人类环保意识的加强,微生物合成芳香族化合物及其衍生物成为热点。莽草酸途径合成的芳香族化合物及其衍生物多种多样。现重点综述通过莽草酸途径合成的"达菲"药物前体莽草酸、大宗化学品己二酸前体顺,顺-粘康酸、芳香族氨基酸及其他高附加值芳香族氨基酸衍生物的微生物合成研究进展,为建立生产高附加值化合物的细胞工厂提供参考。     

生物合成对羟基苯甲酸的研究进展

对羟基苯甲酸(4-Hydroxybenzoate,4HBA)是用途广泛的有机原料,现行的生产工艺是以石油成分合成而得,在环境污染不断恶化、人类生存已经面临威胁之际,开发利用可再生资源的生产工艺已成为全球当务之急。本综述在简要介绍从石油成分合成4HBA之后,主要阐述利用植物和微生物从可再生资源合成4HBA的研究进展。莽草酸途径是生物合成芳香族化合物的重要途径,从该途径的最终产物分支酸到4HBA有两条途径。一条是分支酸裂解酶直接催化分支酸生成4HBA(莽草酸-分支酸路线)。另外一条途径是在植物细胞内引入荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens的对羟基肉桂酸-Co A裂解酶打通从苯丙素合成4HBA的通路(植物苯丙素路线)。最后介绍了一个天然合成积累4HBA的微泡菌Microbulbifer,并对其深入研究进行了展望。     

基于PTS缺陷型大肠杆菌构建莽草酸生产菌

对大肠杆菌芳香族氨基酸合成途径进行代谢流改造, 以实现高效的生物制备莽草酸。以磷酸烯醇式丙酮酸-糖磷酸转移酶系统(PTS系统)敲除菌DH5α△ptsHIcrr (DHP)为基础, 特异性敲除aroL、ydiB基因并转入受阿拉伯糖诱导表达的T7-RNA聚合酶基因, 最终构建一系列产莽草酸宿主菌。再将aroE、aroB、tktA、glk、aroFfbr组成的系列基因串联起来置于质粒上, 在T7启动子控制下表达, 经摇瓶培养检测得知, 不同重组菌产莽草酸能力与对照相比均有明显提高, 其中DHPYA-T7/pAOC-TGEFB菌株产量最高, 可达到392 mg/L。为进一步构建高表达莽草酸工程菌奠定基础。     

地中海诺卡氏菌(Nocardia mediterranei)合成力复霉素代谢调节的研究——Ⅱ、硝酸盐对地中海诺卡氏菌代谢途径的调节

地中海诺卡氏菌(Nocardia mediterranei)的硝酸还原酶是底物—诱导酶,和细菌一样以NADH为专一性电子供体,并可能在细胞膜上,但与细菌不同,对超声波不敏感。加入硝酸盐促使菌体的力复霉素合成能力提高的同时,诱导硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的合成,但需较长的诱导期。同时戊糖循环的G-6-P脱氢酶、6-P-G脱氢酶、莽草酸脱氢酶以及三羧酸循环的异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶亦相应提高。G-6-P脱氢酶和莽草酸脱氢酶活力的提高,可由莽草酸途径提供合成力复霉素的芳香环来源,三羧酸循环酶活力的提高看来是在脂肪合成与多聚酮(polyketide)合成之间起着调节作用,使菌体合成更多的力复霉素的环桥部份。至于硝酸盐如何引起这一系列酶活力的变化而使力复霉素的合成增加,尚有待进一步深入研究。     

微生物代谢合成法在莽草酸及其衍生物研究中的应用

天然产物莽草酸(Shikimic acid)具有抗肿瘤、抗血栓等药理活性,在生物及化学合成中扮演着重要角色,而倍受关注.本文综述了近年来国内外有关微生物代谢合成法在莽草酸及其衍生物研究中的应用,为莽草酸的开发利用提供参考.     

EPSP合酶的研究进展

5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase,EPSP合酶)是莽草酸途径中的第六位酶,参与合成芳香族氨基酸以及部分次生代谢的产物,同时EPSP合酶不仅是除草剂草甘膦、抗菌素、抗寄生虫药物的作用靶酶,而且也是促进生物体内莽草酸积累的重要调控位点。近年来,随着分子生物学技术的快速发展和对EPSP合酶的深入研究,EPSP合酶基因在耐草甘膦转基因作物、医药卫生等方面被广泛应用。对EPSP合酶的研究进展进行综述及展望。