谷氨酸棒杆菌碱基编辑的条件优化

近年来,基于CRISPR/Cas9的碱基编辑技术因其具有不产生DNA双链断裂、无需外源DNA模板、不依赖宿主同源重组修复的优势,已经逐渐发展成为一种强大的基因组编辑工具,在动物、植物、酵母和细菌中得到了开发和应用。研究团队前期已在重要的工业模式菌株谷氨酸棒杆菌中开发了一种多元自动化的碱基编辑技术MACBETH,为进一步优化该方法,提高碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中的应用效率,本研究首先在谷氨酸棒杆菌中构建了基于绿色荧光蛋白(GFP)的检测系统:将GFP基因的起始密码子ATG人工突变为ACG,GFP无法正常表达,当该密码子的C经编辑后恢复为T,即实现GFP蛋白的复活,结合流式细胞仪分析技术,可快速衡量编辑效率。然后,构建针对靶标位点的碱基编辑工具,经测试,该位点可成功被编辑,在初始编辑条件下碱基编辑效率为(13.11±0.21)%。在此基础上,通过对不同培养基类型、诱导初始OD600、诱导时间、诱导物浓度进行优化,确定最优编辑条件是:培养基为CGXII,初始OD600为0.05,诱导时间为20 h,IPTG浓度为0.01 mmol/L。经过优化,编辑效率达到(30.35±0.75)%,较初始条件提高了1.3倍。最后,选取原编辑条件下编辑效率较低的位点,进行了优化后编辑条件下的编辑效率评估,结果显示,不同的位点在最优编辑条件下的编辑效率提高了1.7–2.5倍,进一步证实该优化条件的有效性及通用性。研究结果为碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中更好的应用提供了重要的参考价值。     

利用代谢工程构建D-甘露醇生产菌株

D-甘露醇广泛应用于食品、制药、化学品工业等领域。从野生型大肠杆菌出发,将来自假肠膜明串珠菌Leuconostoc pseudomesenteroides ATCC 12291菌株的甘露醇脱氢酶与果糖转运蛋白编码基因整合到大肠杆菌ATCC 8739的染色体中,并失活其他的发酵途径 (丙酮酸甲酸裂解酶、乳酸脱氢酶、富马酸还原酶、乙醇脱氢酶、甲基乙二醛合成酶和丙酮酸氧化酶) ,构建了一株遗传稳定的D-甘露醇生产菌株。使用无机盐培养基和葡萄糖果糖作为混合碳源,厌氧发酵6 d,D-甘露醇产量达1.2 mmol/L。基于细胞生长和D-甘露醇合成的偶联,进一步通过代谢进化技术提高细胞合成D-甘露醇的生产能力。经过80代的驯化,D-甘露醇产量提高了2.6倍,甘露醇脱氢酶的活性提高了2.8倍。构建获得的遗传稳定的工程菌能直接发酵糖生产D-甘露醇,不需添加抗生素、诱导剂和甲酸,在工业化生产时有一定优势。