氨基酸生产的代谢工程研究进展与发展趋势

氨基酸发酵是我国发酵工业的支柱产业,近年来,随着代谢工程的快速发展,氨基酸的代谢工程育种蓬勃发展。传统的正向代谢工程、基于组学分析与计算机模拟的反向代谢工程以及借鉴自然进化的进化代谢工程,都有越来越多的应用。在氨基酸的工业生产中涌现出了一系列具有高效生产、抗逆性强等优良性状的菌株。日益剧烈的市场竞争对菌株的选育提出了新的要求,如开发高附加值氨基酸品种、菌株代谢的动态调控、适应新工艺的要求等。文中介绍了氨基酸生产相关的代谢工程研究进展以及未来的发展趋势。     

大肠杆菌芳香族氨基酸代谢工程研究进展

芳香族氨基酸包括L-苯丙氨酸(L-Phe)、L-酪氨酸(L-Tyr)和L-色氨酸(L-Trp),是生物体内非常重要的必需氨基酸,具有重要的生物学功能,广泛应用于医药、食品和饲料等领域。本文中,笔者介绍了芳香族氨基酸的生物合成途径以及代谢调控,综述了构建大肠杆菌芳香族氨基酸生产菌株的代谢工程策略。针对现阶段工业化生产芳香族氨基酸存在的问题,笔者对进一步应用代谢工程策略改造芳香族氨基酸菌株进行了展望。     

基因工程菌生产氨基酸的研究进展

利用基因工程菌合成氨基酸是目前氨基酸生产研究的热点。本研究对基因工程菌生产氨基酸进行分析,为氨基酸工业化生产提供参考价值。阐述了氨基酸生产存在光学活性和效益差等现状以及固定化技术在应用生产中的价值,介绍基因工程定向诱变微生物发酵生产L-氨基酸的技术,分析基因工程菌培养中存在的问题,并对近些年来利用基因工程菌生产氨基酸的进展进行了综述。     

生产氨基酸的基因工程菌研究进展

随着抗癌药物制剂、氨基酸输液制剂及甜味二肽生产的飞速发展,对原料氨基酸的需求量日益增长。传统的发酵工业越来越不能满足需求,势必被以基因工程为基础的新兴发酵工业所代替。通过建立大肠杆菌及棒状杆菌的高效载体受体系统,运用ＤＮＡ重组、定向突变等手段,对代谢途径及关键酶进行了深入系统的研究,为代谢工程注入了新的活力,为获得高产、优质且易于自动化生产的菌株打下了基础     

L-苯丙氨酸生产的代谢工程研究

L-苯丙氨酸是一种重要的食品和医药中间体。工业上一般采用酶法和发酵法来生产L-苯丙氨酸。代谢工程的兴起,使得更加理性的改造菌株成为可能,这更加促进了发酵法的广泛应用。主要介绍了代谢工程在L-苯丙氨酸生产菌的改造中的应用情况,其中涉及苯丙氨酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中央代谢途径的改造和芳香族氨基酸生物合成支路的修饰。并探讨了将来的发展前景。     

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。     

氨基酸发酵生产及其产生菌研究进展

<正> 氨基酸是构成蛋白质的基本单位,为生命体所必需。氨基酸的生产主要通过发酵途径来进行。因此高产菌株的选育是氨基酸发酵生产的基础,也是氨基酸工业化生产的重要环节。为保证人类对氨基酸的需求及其在食品、工业、农业和畜牧业上得到广泛应用,就必须加强对氨基酸的生产及其开发利用、以及高效优质生产菌的选育等方面的基础和应用基础的研究,这是氨基酸工业化生产所不可缺少的。     

一种通用的氨基酸生产菌筛选法

<正> 在氨基酸育种工作中,高产菌株的筛选是项困难的工作。因为平板上的菌落分泌的氨基酸无法直接显色,所以通常不能在平板上直接筛选产生氨基酸的菌株。氨基酸生产菌的筛选一般是在平板上挑取带有定向育种标记的单菌落,接种到大试管或三角瓶中摇瓶发酵,发酵结束后取各个样品点在滤纸上,然后用相应氨基酸的待殊茚三酮显色反     

微生物发酵法生产L-色氨酸的代谢工程研究

L-色氨酸作为人体内的一种必需氨基酸,广泛应用于医药、食品与饲料等行业.工业上采用的色氨酸生产方法有化学合成法、转化法及微生物发酵法.近年来,随着代谢工程在色氨酸菌种选育中的成功运用,微生物发酵法逐渐成为主要的色氨酸生产方法.系统综述了微生物发酵法生产色氨酸所涉及的代谢工程策略,包括生物合成色氨酸的代谢调控机制以及途径...     

大肠杆菌生产异戊二烯的代谢工程研究进展

异戊二烯作为一种重要的化工原料,主要用于合成橡胶。此外,还广泛应用于医药或化工中间体、食品、粘合剂及航空燃料等领域。利用微生物法生产异戊二烯因具有环境友好、利用廉价的可再生原料、可持续发展等优势而成为当今研究的热点。这里介绍了大肠杆菌生产异戊二烯的代谢途径及关键酶,从代谢工程的角度出发综述了目前为提高大肠杆菌异戊二烯产量所应用到的方法和策略,并对今后的发展方向进行了展望。     

酿酒酵母生产羧酸的代谢工程策略

羧酸广泛地应用于食品、医药和化工等行业,具有广阔的市场前景.作为真核模式微生物,酿酒酵母作为代谢工程平台用来生产有机酸具有明显优势.本文论述了酿酒酵母生产重要羧酸的策略:首先构建一条能够和糖酵解途径相连接的高效的重要羧酸积累途径,进而探讨如何将碳代谢流由乙醇转向目的产物,在此基础上研究有机酸的转运及涉及到的能量问题.最后,对当前研究存在的问题进行了分析,并对未来研究方向进行了展望.     

代谢工程改造大肠杆菌生产L-高丝氨酸

L-高丝氨酸是一种非必需氨基酸,在工业生产中常被用作重要的平台化合物和添加剂.为提高产物合成效率,本文以实验室构建的L-高丝氨酸高产工程菌大肠杆菌Escherichia coli H0-0作为底盘菌株进行代谢改造.首先对ppc和pyccgP458S基因进行过表达来优化柠檬酸循环,然后通过thrAC1034T和lysCc...     

代谢工程改造大肠杆菌生产水杨酸葡萄糖苷

水杨酸葡萄糖苷(salicylate 2-O-β-D-glucoside,SAG),是植物中水杨酸的一种存在形式。水杨酸葡萄糖苷也具有消炎止痛的作用,和水杨酸、阿司匹林对比,表现出更小的刺激性,是一种具有潜力的消炎护肤物质。通过生物法利用可再生资源进行水杨酸类物质的生产方式,与传统工业法生产相比对环境更加友好。本研究以大肠杆菌(Escherichia coli)Tyr002作为出发菌株,引入铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)异分支酸裂解酶基因pchB,首先构建了大肠杆菌水杨酸生产菌株。通过调控下游不同芳香族氨基酸代谢途径关键基因表达,菌株摇瓶发酵水杨酸产量达到1.05 g/L。之后,通过在水杨酸生产菌株中引入植物来源水杨酸糖基转移酶,对水杨酸进行糖苷化修饰。新构建的菌株摇瓶发酵水杨酸葡萄糖苷产量达到5.7 g/L。在5 L发酵罐分批补料发酵中,水杨酸葡萄糖苷的产量达到36.5 g/L,是目前报道的最高产量。本研究为水杨酸类化合物的微生物合成提供了重要参考。     

代谢工程改造大肠杆菌生产乳酸的研究进展

乳酸是自然界中最小的手性分子,广泛应用于食品、医药和化工等领域,同时也是合成生物可降解塑料——聚乳酸的前体。目前,化学合成法和微生物发酵法是生产乳酸的两种主要方法,而后者在底物的可再生性、产物光学纯度和环境友好等方面均具有潜在优势。自然界中许多微生物细胞都能合成和积累乳酸,如大肠杆菌、酿酒酵母和乳酸菌等。与乳酸菌、芽胞乳杆菌和谷氨酸棒状杆菌等乳酸生产菌株相比,大肠杆菌具有生长速度快、营养要求简单、易于高密度发酵、代谢网络清楚、遗传操作方法成熟和产物乳酸光学纯度高等优势。本文中,笔者介绍了乳酸的研究现状及其在工业生产领域中的作用,系统综述了国内外通过代谢工程改造大肠杆菌生产乳酸的研究进展,在此基础上展望了乳酸生产研究的发展方向,以期为其工业应用提供参考。     

微生物法生产L-丝氨酸代谢工程研究进展

L-丝氨酸是生物体内一种重要的中间代谢产物,为甘氨酸等多种氨基酸、核苷酸、胆碱、磷脂的合成前体,现已广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。L-丝氨酸的生产方法有蛋白质水解提取法、化学合成法、转化法及微生物发酵法,其中微生物发酵法具有原料廉价、环境污染小、产物纯度高等优点。系统综述了微生物发酵法生产L-丝氨酸所涉及的代谢工程策略,包括微生物合成L-丝氨酸的各种代谢调控机制及相应采取的改造措施和效果,并探讨了L-丝氨酸育种技术未来的发展趋势。     

代谢工程在核黄素生产上的应用

核黄素(维生素B2)为天然水溶性的B族维生素,是维持机体代谢所必须的营养物质。目前核黄素的工业化生产主要有微生物发酵法和化学半合成法两种,其中微生物发酵法以生产工艺简单、原料廉价、环境友好以及资源可再生等优点而倍受世界核黄素生产商的青睐。代谢工程是近二十年来发展起来的新型学科,主要利用分子生物学技术对细胞进行遗传修饰,从而改进产物生成或细胞特性。为进一步提高核黄素产量,通过代谢工程手段构建出了核黄素高产菌株,其中尤以枯草芽孢杆菌最为成功。要得到较高的核黄素产率,必须保证碳架、能量等价物以及氧化还原辅(酶)因子在细胞代谢过程中处于适当的比率。以枯草芽孢杆菌进行核黄素生产为例,主要从增强碳源和能源利用效率、增强核黄素生物合成途径代谢流以及解除核黄素生物合成过程中的反馈调节方面综述了代谢工程在指导核黄素生产方面的应用,并讨论了其未来的发展方向。     

代谢工程方法改造大肠杆菌生产胸苷

胸苷是抗艾滋病药物司他夫定(3′-脱氧-2′,3′-双脱氢胸苷)和叠氮胸苷的重要前体物质。应用代谢工程方法对大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)生物合成胸苷进行了研究。通过敲除E.coli BL21嘧啶回补途径的deo A、tdk和udp三个基因,BS03工程菌株能够积累21.6 mg/L胸苷。为了增加合成胸苷前体物核糖-5-磷酸和NADPH的供给,进一步敲除pgi和pyr L使工程菌BS05胸苷的产量提高到90.5 mg/L。而通过过表达胸苷合成途径的ush A、thy A、dut、ndk、nrd A和nrd B六个基因,菌株BS08胸苷的产量能达到272 mg/L。通过分批补料发酵,BS08最终可以积累1 248.8 mg/L的胸苷。本研究结果表明经过代谢工程改造的E.coli BL21具有良好的胸苷合成能力和应用潜力。     

代谢工程

代谢工程,也称途径工程,是基因工程一个重要分支,一般是多基因的基因工程,与细胞的基因调控、代谢调控和生化工程密切相关。讨论了代谢工程的应用,包括通过改变代谢流和代谢途径提高产量,改善生产过程,构建新的代谢途径和产生新的代谢产物等。     

弗氏柠檬酸菌1,3-丙二醇合成的代谢工程研究

【目的】研究弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii) 1,3-丙二醇合成的代谢过程。【方法】构建甘油脱氢酶基因GSR-lacZ、1,3-丙二醇氧化还原酶基因PDO-lacZ和甘油脱水酶基因GL-lacZ等报告基因。在此基础上,构建3个相应的转座子突变文库。【结果】筛选到6株突变子,其相应关键酶表达水平提高1?11倍,1,3-丙二醇产量提高幅度为3%?50%。对转座子插入位点分析显示,5株突变子插入位点均为β-内酰胺酶(CKO_02592)编码基因,1株突变子插入位点为二氢硫辛酰胺基转移酶(CKO_02433)编码基因。进一步分析发现,β-内酰胺酶基因突变显著提高甘油脱水酶和甘油脱氢酶的表达水平,而1,3-丙二醇氧化还原酶表达水平没有变化;二氢硫辛酰胺基转移酶基因突变显著提高1,3-丙二醇氧化还原酶表达水平,其他两种关键酶基因表达水平不变。【结论】β-内酰胺酶和二氢硫辛酰胺基转移酶基因能够分别影响1,3-丙二醇合成代谢途径关键酶的表达,为构建工程菌株打下基础。     

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。