谷氨酸棒杆菌中氨基酸分泌转运蛋白及其代谢改造研究进展

氨基酸是一类在食品、医药及化工等领域具有广泛应用的重要化合物。谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum是生物合成氨基酸最重要的微生物菌株,其年产各类氨基酸超过百万吨。谷氨酸棒杆菌高产氨基酸除具有强大的合成代谢能力外,高效的分泌转运能力也是不可忽略的分子基础。文中综述了近年来谷氨酸棒杆菌中氨基酸分泌转运蛋白及其代谢改造的研究进展,并展望了未来发展方向,为进一步改造提升其发酵生产氨基酸的能力提供了可资借鉴的资料。     

代谢工程改造微生物高产氨基酸的策略

氨基酸作为一类营养物质在维持机体正常的生理生化反应方面具有重要的功能,常用作食品、药品和化妆品等的添加剂。氨基酸的生产主要依靠微生物发酵,产氨基酸菌的选育却是制约大规模工业生产氨基酸的重要因素。随着微生物分子育种技术的发展和运用,利用代谢工程改造细胞本身固有的代谢网络,指导氨基酸高产菌的选育已成为当前研究的热点。以谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)为例,就该菌株代谢网络的特征以及高产氨基酸的代谢工程策略和应用进行综述。     

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]。     

基于时间序列转录组筛选谷氨酸棒杆菌内源高效组成型启动子

启动子是重要的转录调控元件,广泛用于工业菌株的代谢工程改造。谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum是重要的氨基酸生产菌株,但已报道的组成型强启动子较少。对谷氨酸高产菌Corynebacterium glutamicum SL4发酵过程的10个时间点样品进行转录组测序,筛选在发酵过程中稳定转录并且转录水平最高的10个基因;分别克隆其启动子序列至红色荧光蛋白(RFP)报告系统,通过荧光强度表征启动子在SL4菌株中的强度,再在野生型C. glutamicum ATCC 13869和ATCC 13032中验证部分启动子的通用性;并采用LacZ蛋白进一步评价强启动子的表达效果。结果显示,成功筛选到3个可以通用的组成型启动子P_(cysK)、P_(gapA)和P_(fumC)。其中P_(cysK)的表达强度最高,与诱导型强启动子P_(tac)对比,在SL4和13869菌株中均达到其2倍(RFP)和4倍(LacZ)以上;在ATCC 13032菌株中,P_(cysK)的表达强度为P_(tac)的0.3-0.4倍。Pcys K首次被报道为强启动子,可用于谷氨酸棒杆菌强化合成途径的代谢工程改造。     

合成生物学与代谢工程在谷氨酸棒杆菌产氨基酸中的应用

氨基酸是重要的化合物,在食品、医药、化工等领域具有广泛用途.多种氨基酸可以通过蛋白质水解提取法、化学合成法以及微生物法生产,现如今大部分的氨基酸都开始尝试微生物发酵法实现工业生产.谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)作为发酵生产氨基酸的先驱者,其生产的氨基酸产量已达年产数百万吨.随着合成生物学技术以及新一代基因编辑技术的兴起,谷氨酸棒杆菌能生产的氨基酸种类从传统的几种氨基酸扩大到了几乎所有氨基酸及其衍生物.本文综述了近年来利用代谢工程及合成生物学工具对谷氨酸棒杆菌的改造技术,并介绍了一些利用谷氨酸棒杆菌生产传统氨基酸以及非天然氨基酸的典型案例,为谷氨酸棒杆菌突破所有氨基酸生产瓶颈提供参考.     

简讯

用曹养缺陷型的回复突变株提高谷氨酸生产菌的转化率用亚硝基胍处理谷氨酸生产菌钝齿棒状杆菌(Corynebacterium crenatum)B_9菌株,在100株营养缺陷型     

棒杆菌(Corynebacterium pekinense)1134菌株原生质体化及其再生条件的研究

Corynebacterium属中的某些菌种是生产氨基酸的重要菌株。但它对蛋清溶菌酶很不敏感,较难制备其原生质体和再生。本文对供试菌株在培养时,加入氨基苄青霉素(ampicillin)、丝氨酸(serine)或甘氨酸(glycine);在酶解前采用不同的预处理,探讨了棒杆菌1134株原生质体化及其再生的条件。经过多次试验,最后选用补加适量的氨基苄青霉素和丝氨酸的培养液培养菌体,用果胶酶(Pectinase)和巯基乙醇(mercaptoethanol)进行酶解前的予处理,使其原生质化的培养液时缩间短至2.5小时,再生率提高至21.1％。为实现该菌株的原生质体融合及工业微生物育种奠定了基础。     

谷氨酰胺和N-乙酰-L-谷氨酰胺的发酵及其发酵转换机制

<正> 一、前言 1957年木下等发表谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)进行谷氨酸的工业生产以来,日本的氨基酸发酵生产的研究有很大的进展。很多氨基酸已能用发酵法生产。谷氨酰胺和N-乙酰-I-谷氨酰胺(N-AGM)作为胃溃疡、十二指肠溃疡病等的抗溃疡病药物正在大量应用。作者等应用谷氨酸产生菌谷氨酸棒杆菌的野生株,通过控制环境因素使谷氨酸发酵转换成谷氨酰胺和N-AGM发酵,建立了这些氨基酸的工业生产方法。同时也研究了从谷氨酸发酵转换生产脯氨酸的方法。通过改变培养条件,用谷氨酸棒杆菌使发     

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)。     

氨基酸生物传感器的开发及应用研究进展

氨基酸是蛋白质的基本组成单元,对人和动物的营养健康十分重要,广泛应用于饲料、食品、医药和日化等领域。目前,氨基酸主要通过微生物发酵可再生原料生产,氨基酸产业是我国生物制造的重要支柱产业之一。氨基酸菌株主要通过随机诱变和代谢工程改造结合筛选获得。菌株生产水平进一步提高的核心限制之一是缺乏高效、快速和准确的筛选方法,因此,发展氨基酸菌株的高通量筛选方法对关键功能元件挖掘及高产菌株的创制筛选至关重要。本文综述了氨基酸生物传感器的设计,及其在功能元件、高产菌株的高通量进化筛选和代谢途径动态调控中的应用研究进展,讨论了现有氨基酸生物传感器存在的问题和性能提升改造策略,并展望了开发氨基酸衍生物生物传感器的重要性。     

钝齿棒杆菌N-乙酰鸟氨酸转氨酶的克隆表达分析及其重组菌的精氨酸发酵

N-乙酰鸟氨酸转氨酶 (EC 2.6.1.11,ACOAT) 是钝齿棒杆菌Corynebacterium crenatum精氨酸合成途径中的第4个酶,催化底物N-乙酰谷氨酸半醛生成产物N-乙酰鸟氨酸。为研究N-乙酰鸟氨酸转氨酶在钝齿棒杆菌中精氨酸合成中的作用,考察其酶学性质,对培养基成分和发酵过程工艺条件的优化提高精氨酸产量提供依据。从精氨酸高产菌株钝齿棒杆菌SYPA 5-5染色体扩增获得ACOAT编码基因argD,全长1 176 bp,编码390个氨基酸,在Escherichia coli BL21(D     

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。     

我国氨基酸产业发展为何缓慢

国内概况 天然氨基酸及其衍生物共20多种。主要用于食品:助鲜、医药、饲料。我国于1965年开始用自己选育的谷氨酸产生菌发酵生产谷氨酸(味精原料),比国际上晚8年。目前能用多种方法生产16种氨基酸,其中发酵法和酶转化法生产的12种。     

基于转录和翻译调控的氨基酸高产菌株筛选及构建策略

氨基酸的工业化生产和应用有近50年的历史。除了调味料和其他食品用途外,氨基酸还被用于动物饲料、药物和化妆品等许多领域。如今大多数氨基酸通过微生物发酵生产,极低的价格对它们在工业中的应用至关重要。通常采用挑选营养缺陷型或具有类似物抗性的菌株来筛选氨基酸生产菌。然而,因部分氨基酸生产菌的生产效率低下,限制了其工业化发展。主要梳理了营养缺陷型、氨基酸类似物和富含稀有密码子标记基因3种不同筛选方法及其实际应用,旨为高产菌株的筛选与构建提供候选方案。     

中国氨基酸工业现状及发展趋势

中国的氨基酸工业始于1923年，当时用酸法水解面筋生产谷氨酸钠（味精），主要生产厂家只有上海天厨、沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小。1965年发酵法生产味精的成功，带动了其他氨基酸的研究开发。目前，中国已经成为氨基酸生产和消费大国，年消费量约140万吨，以谷氨酸、赖氨酸和蛋氨酸为主。     

L—异亮氨酸发酵对氧需求的研究

L—异亮氨酸主要用于医药和食品行业,是人体八种必需氨基酸之一.合理地供氧L—异亮氨酸产酸多,杂氨基酸量低.以钝齿棒杆菌(Corynebacterium Crenatum)为菌株,在71自动控制发酵罐中分批培养,在1.0—1.5vvm通气量范围内,测得了L—异亮氨酸发酵的多项参数,并对它们之间的关系及控制手段进行综合分析,提出了工业发酵过程中继续提高发酵水平的依据.     

钝齿棒杆菌的代谢改造：L-鸟氨酸与L-瓜氨酸合成菌株的构建

【目的】对一株产L-精氨酸的钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)SYPA5-5进行代谢工程改造,构建L-鸟氨酸和L-瓜氨酸合成菌株,并考察其发酵生产相应氨基酸的性能。【方法】分别敲除菌株SYPA5-5鸟氨酸氨甲酰转移酶(Ornithine carbamoyltransferase,OTC)的编码基因argF和精胺琥珀酸合成酶(Argininosuccinate synthase,ASS)的编码基因argG,构建能够合成L-鸟氨酸及L-瓜氨酸的重组菌株SYPA5-5△argF和SYPA5-5△argG;考察不同营养条件对上述重组菌株生长和相应氨基酸积累的影响。【结果】添加0.3 g/L L-精氨酸可满足SYPA5-5△argF的生长及L-鸟氨酸积累所需,L-鸟氨酸产量可达21.5 g/L;添加L-精氨酸有利于SYPA5-5△argG的生长,但不利于L-瓜氨酸的积累;不添加L-精氨酸时,L-瓜氨酸产量可达15.2 g/L,同时积累6.8 g/L的L-谷氨酸。【结论】分别敲除L-精氨酸生产菌株SYPA5-5的argF及argG基因,可实现L-精氨酸合成途径的中间代谢物L-瓜氨酸和L-鸟氨酸的积累,拓展了该菌株的工业应用范围。     

谷氨酸棒杆菌耐受胁迫机制及工业鲁棒性合成生物学研究进展

谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum作为一般被认为具有生物安全性的一种模式工业微生物,不仅在发酵工业中成功用于大规模生产氨基酸,而且具有合成多种新型化学品的潜力。谷氨酸棒杆菌菌株在生产化合物时,经常会受到各种逆境条件的胁迫,从而降低细胞活力和生产性能。合成生物学的发展为提高谷氨酸棒杆菌的鲁棒性提供了新的技术手段。本文总结了谷氨酸棒杆菌应对发酵过程中各种胁迫的耐受机制。同时,重点介绍提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性和耐受性的合成生物学新策略,包括挖掘新的抗逆元件、改造转录调控因子、利用适应性进化策略挖掘抗逆功能模块等。最后,从生物传感器、转录调控因子的筛选和设计、多种调控元件利用等方面对提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性进行了展望。     

酵母氨基酸发酵研究

从32株酵母菌中筛选到丙氨酸产生株产朊假丝酵母(Candida utilisY18),丙氨酸产量为1 mg/ml,发酵最适时间为72小时,最适pH值为6—7。用NTG和DES对菌株Y18进行诱变获得了一些芳香簇氨基酸变异株(FPA~r、T_(rp)~-、phe~-)和赖氨酸类似物抗性变异株(AEC~r)以及其他一些变异菌株。通过对这些变异菌株的氨基酸发酵研究,从芳香簇氨基酸、极性氨基酸和中性氨基酸三个方面,分析和探讨了酵母菌作为氨基酸生产菌的潜力及可行性。     

枯草杆菌JSIM-1018糖代谢突变株积累D-核糖研究

从收集的Bacillus,Brevibacterum,Corynebacterium,Pseudomonas,Arthrobacter等属菌种中进行D-核糖产生菌的筛选,对其中BacillusSM-18菌株用紫外线和甲基磺酸乙酯诱变,选育到莽草酸营养缺陷型突变株JSIM-1018．发酵产物经物理、化学鉴定为D-核糖．某些有机氮源如酵母粉、玉米浆、牛肉膏、蛋白陈以及某些芳香族氨基酸对突变株积累D-核糖有促进作用。在以葡萄糖为碳源的培养液中,摇瓶发酵D-核糖最高可达929／L,3000L发酵罐中