谷氨酸棒杆菌SYPS-062合成L-丝氨酸的代谢通量分析

以一株由自然界筛选获得的能够利用糖质原料直接产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum SYPS-062为研究对象,考察了一碳单元循环中的辅因子—叶酸和维生素B12对菌株生长、蔗糖消耗及L-丝氨酸生成的影响,同时对处于对数生长期的菌株进行了代谢流量分析。结果发现,添加扰动因子叶酸和维生素B12对磷酸戊糖途径(HMP)碳流影响较大,碳源主要用于细胞生长及合成能量,而流向目的产物L-丝氨酸的碳流减少。同时在添加维生素B12时,增大了G3P节点的L-丝氨酸合成途径的分流比,但造成三羧酸循环(TCA)的流量不足,需要大量回补,从而限制了产物合成速率的进一步提高。     

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%。     

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。     

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。     

重组谷氨酸棒杆菌发酵L-苯丙氨酸培养基的优化

【目的】提高重组谷氨酸棒杆菌发酵L-苯丙氨酸(L-phenylalanine,L-Phe)的产量。【方法】使用正交试验设计以及响应面优化法分别对种子培养基及发酵培养基进行优化,确定了重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe的最佳种子培养基及最佳发酵培养基。【结果】重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe最佳种子培养基(g/L):葡萄糖25.0,玉米浆25.0,硫酸铵15.0,硫酸镁1.0,磷酸二氢钾2.0,尿素2.0,p H 6.8-7.0;最佳发酵培养基(g/L):葡萄糖110.0,玉米浆7.0,硫酸铵25.0,硫酸镁1.0,磷酸二氢钾1.0,柠檬酸钠2.0,谷氨酸1.0,碳酸钙25.0,p H 6.8-7.0;在最佳培养基条件下L-Phe产量最高达到9.14 g/L,较优化前的7.46 g/L提高了22.5%。【结论】通过正交试验和响应面分析对重组谷氨酸棒杆菌发酵L-Phe培养基进行优化,明显提高了L-Phe的产量,并确定了葡萄糖、玉米浆和硫酸铵为发酵培养基中影响L-Phe产量的3个关键因子。研究结果为L-Phe的发酵放大提供了依据。     

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％.     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

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。     

理性代谢工程改造促进谷氨酸棒杆菌高效合成L-谷氨酸

L-谷氨酸是世界上第一大宗氨基酸产品,广泛应用于食品医药及化工等行业。以谷氨酸高产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) G01为出发菌株,首先通过敲除主要副产物丙氨酸合成相关基因-丙氨酸氨基转移酶编码基因(alaT),降低了发酵副产物丙氨酸含量。其次,α-酮戊二酸节点碳流量对谷氨酸合成起重要作用,因此,采用核糖体结合位点(ribosome-binding site,RBS)序列优化降低了α-酮戊二酸脱氢酶的活性,强化了谷氨酸合成代谢流。同时通过筛选不同来源的谷氨酸脱氢酶,加强了α-酮戊二酸内源转化为谷氨酸的能力。接着,对谷氨酸转运蛋白进行理性设计,提高了谷氨酸的外排能力。最后,对基于以上策略构建的整合菌株进行了5 L发酵罐发酵优化,通过梯度升温结合分批补料策略,谷氨酸产量为(136.33±4.68) g/L,较原始菌的产量(96.53±2.32) g/L提高了41.2%;糖酸转化率为55.8%,较原始菌的44.2%提高了11.6%;且降低了副产物丙氨酸的含量。以上策略一定程度上提高了谷氨酸的产量与糖酸转化率,可为谷氨酸生产菌株的代谢改造提供参考。     

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%。     

溶氧量与谷氨酸棒杆菌代谢

正自从1957年Kinoshita等首次描述谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为谷氨酸产生菌[1]以来,其已成为用于氨基酸生产的主要菌株。目前,全世界每年利用谷氨酸棒杆菌生产约100万t L-谷氨酸用于食品调味剂和约45万t L-赖氨酸用作食品添加剂[2]。通过谷氨酸棒状杆菌发酵获得谷氨酸的发酵水平已较高,通过进一步优化工艺来提高产量具有较大困难[3]。     

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。     

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.     

Functional analysis of L-serine O-acetyltransferase from Corynebacterium glutamicum

We report here the function of L-serine O-acetyltransferase (SAT) from the glutamic acid-producing bacterium Corynebacterium glutamicum. Based on the genome sequence of C. glutamicum and the NH(2)-terminal amino-acid sequence, the gene encoding SAT (cysE) was cloned and expressed in C. glutamicum. Deletion analysis of the 5'-noncoding region showed a putative -10 region ((-27)TTAAGT(-22) or (-26)TAAGTC(-21)) and a possible ribosome-binding site ((-12)AGA(-10)) just upstream from the start codon. We found that the SAT activity was sensitive to feedback inhibition by L-cysteine, and that SAT synthesis was repressed by L-methionine. Further, cysE-disrupted cells showed L-cysteine auxotrophy, indicating that C. glutamicum synthesizes L-cysteine from L-serine via O-acetyl-L-serine through the pathway involving SAT and O-acetyl-L-serine sulfhydrylase in the same manner as Escherichia coli.     

Effects of pyruvate kinase on the growth of Corynebacterium glutamicum and L-serine accumulation

Pyruvate kinase (PYK) is an important enzyme in the intermediary metabolism and has attracted much attention as a target for metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum. Genome sequencing revealed that the 308 residue of PYK was mutated from methionine in model strain C. glutamicum ATCC14067 to isoleucine in L-serine-producing strain C. glutamicum SYPS-062. Consequently, a significantly lower PYK activity (77%) was noted in C. glutamicum SYPS-062, when compared with that in C. glutamicum ATCC14067. To confirm the role of this point mutation, pyk in both C. glutamicum SYPS-062 and C. glutamicum SYPS-062-33aΔSSAA was reversely mutated to restore the PYK enzyme activity, which led to a 33.1% and 28.8% decrease in L-serine titer, respectively. This is the first report to show that the (Met-308→Ile) mutation site of pyk is closely associated with its activity and apparently affected L-serine production. Furthermore, pyk was deleted in strain C. glutamicum SYPS-062-33aΔSSAA, and the resulting strain did not show alteration in growth rate and presented a 12% increase in L-serine production.