最新技术创新提升精氨酸发酵产量
2016/8/16 10:00:38点击：
精氨酸是一种半必须氨基酸，是重要的食品调味剂和制药工业氨基酸。利用微生物发酵进行精氨酸生产正在受到越来越多的关注。近日，江南大学饶志明课题组发表于代谢工程杂志Metabolic Engineering上的文章报道了通过改变细胞内环境的策略来提高精氨酸发酵产量的研究。文章作者认为ROS和ATP都是细胞内环境的重要组成部分，而精氨酸的合成需要大量的ATP。在不改变精氨酸合成途径的基础上，本文研究者通过减少H2O2合成和增加ATP供应，实现了精氨酸产量的显著提升。
在早先的工作中，该研究组通过诱变育种获得了一株精氨酸高产的棒状杆菌。在这项工作中，研究者通过改变细胞内环境的手段进一步实现了精氨酸产量的提高。首先，他们首次鉴定了谷氨酸棒杆菌中的两个NAD(P)H依赖的黄素还原酶Frd181（frd1基因编码）和Frd188 (frd2基因编码)。通过对这两个编码基因的敲除和过表达，研究人员对他们的功能进行了研究，并且发现对Frd181和Frd188的失活有利于细胞的生长以及精氨酸的生产。他们认为这一点得益于胞内H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的减少以及NADH和ATP水平的增加。在此基础上，研究者们尝试通过对noxA （编码NADH氧化酶）、amn（编码AMP核苷酶）的敲除以及pgk（编码3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（编码丙酮酸激酶）的过表达来进一步增加ATP水平，结果显示精氨酸产量得到明显的提升。在分批补料发酵中，精氨酸产量达到57.3g/L，得率为0.326g/g葡萄糖。相比母菌分别提高了49.2%和34.2%。
在早先的工作中，该研究组通过诱变育种获得了一株精氨酸高产的棒状杆菌。在这项工作中，研究者通过改变细胞内环境的手段进一步实现了精氨酸产量的提高。首先，他们首次鉴定了谷氨酸棒杆菌中的两个NAD(P)H依赖的黄素还原酶Frd181（frd1基因编码）和Frd188 (frd2基因编码)。通过对这两个编码基因的敲除和过表达，研究人员对他们的功能进行了研究，并且发现对Frd181和Frd188的失活有利于细胞的生长以及精氨酸的生产。他们认为这一点得益于胞内H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的减少以及NADH和ATP水平的增加。在此基础上，研究者们尝试通过对noxA （编码NADH氧化酶）、amn（编码AMP核苷酶）的敲除以及pgk（编码3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（编码丙酮酸激酶）的过表达来进一步增加ATP水平，结果显示精氨酸产量得到明显的提升。在分批补料发酵中，精氨酸产量达到57.3g/L，得率为0.326g/g葡萄糖。相比母菌分别提高了49.2%和34.2%。
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