常压室温等离子体诱变高效利用木糖产丁二酸菌株

大肠杆菌Escherichia coli AFP111是E. coli NZN111 (△pflAB△ldhA) 的ptsG自发突变株,其转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中净产生1.67 mol ATP,但是转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中实际需要2.67 mol ATP,因此在厌氧条件下,ATP的供给不足导致E. coli AFP111不能代谢木糖。采用常压室温等离子体射流诱变产丁二酸大肠杆菌菌株,在厌氧条件下,利用以木糖为碳源的M9培养基,筛选得到一株可以代谢木糖并积累丁二酸的突变株DC111。该突变菌株在发酵培养基中,72 h内可以消耗10.52 g/L木糖产6.46 g/L的丁二酸,丁二酸的得率达到了0.78 mol/mol。而且突变株中伴有ATP产生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PCK) 途径得到加强,PCK的比酶活相对于出发菌株提高了19.33倍,使得其在厌氧条件下能够有足够的ATP供给来代谢木糖发酵产丁二酸。     

共表达磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和烟酸转磷酸核糖激酶提高重组大肠杆菌发酵木糖产丁二酸

野生型E.coli K12能够在厌氧条件下代谢木糖生长,但是丁二酸不是其主要的代谢终产物。而在E.coli BA203(Δldh A,Δpfl B,Δppc)中,通过过量表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PCK),即E.coli BA204,使其能够在厌氧条件下利用木糖发酵生产丁二酸。为了进一步提高生物量及丁二酸的产量,通过过量表达烟酸转磷酸核糖激酶(NAPRTase)提高NAD(H)的生成,从而提高木糖代谢速率。因此采用2种方法构建了共表达烟酸转磷酸核糖激酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的基因工程菌,即E.coli BA208(BA203/p Trc99a-pnc B-pck)和E.coli BA209(BA203/p Trc99a-pck-trc-pnc B)。通过实验发现:厌氧发酵72 h,BA209消耗16.7 g/L木糖,生成15.8 g/L丁二酸,乙酸含量有所降低,而丙酮酸的量几乎不变。BA209中NAD(H)总量和ATP含量较BA208和BA204都有明显的提高。这为考察NAD(H)和ATP 2种辅因子对重组大肠杆菌利用木糖合成丁二酸的影响提供了研究平台。