合成生物催化剂摘译自:https://aem.asm.org/content/early/2020/10/05/AEM.02114-20

  已有报道发现通过异源表达运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)的丙酮酸脱羧酶(PDC)和醇脱氢酶(ADHB),可以构建适合在厌氧条件下合成乙醇的谷氨酸棒杆菌工程菌株。 

  在该菌株的基础上敲除乳酸脱氢酶基因(ldhA)可以消除副产物乙酸,并提高乙醇产量。然而进一步提升乙醇产量需要平衡谷氨酸棒杆菌细胞内的氧化还原关系。理论上,1分子葡萄糖转化为2分子乙醇时,会产生多余的NADH,消除多余的NADH将有助于减少副产物乙酸和琥珀酸的积累,增加乙醇的产量。

  近日来自丹麦技术大学Peter Ruhdal Jensen Jian-Ming Liu团队在《Applied and Environmental Microbiology》杂志上发表文章《Disruption of the oxidative Pentose Phosphate Pathway stimulates high-yield production using resting Corynebacterium glutamicum in the absence of external electron acceptors》。通过破坏糖酵解途径和氧化型磷酸戊糖途径提高了谷氨酸棒杆菌以乳清或果糖为底物生产乙醇时的产量和转化效率。

  研究从早先的成果出发,初始菌株表达PDCADHB,敲除了乳酸脱氢酶(LDH)并失活磷酸烯醇丙酮酸(PEP),乙醇产率达到理论产率的63%。在初始菌株基础上敲除苹果酸脱氢酶(mdh)后,乙醇产率提升到理论产率的71.5%。但细胞内NADH / NAD+相较于改造前有所提升。由于谷氨酸棒杆菌的丙酮酸脱氢酶复合物(PDHc)在厌氧条件下也有活性,就导致了副产物乙酸和细胞内NADH的积累,于是研究将谷氨酸棒杆菌的PDHc替换为只有有氧状态下有活力的大肠杆菌PDHc,并调整了PDHc中的E3亚基的表达量。由此乙醇产率提升到理论产率的77.3%。

  早先已有研究表明,在厌氧发酵过程中,谷氨酸棒杆菌代谢果糖的速率高于葡萄糖,在代谢果糖的过程中磷酸戊糖途径会被绕开。于是研究敲除了氧化型磷酸戊糖途径的第一个酶,即葡萄糖6磷酸脱氢酶(zwf),提高了耗糖速率的同时提高了乙醇的产率,使得葡萄糖转化为乙醇的产率达到了理论产率的92%。只是由此引起的NADPH产量的降低间接地阻碍了细胞生长,如果补加酵母提取物或玉米浆可在一定程度上恢复生长。

  尝试了生产乙醇以后,研究又在该菌株的基础上尝试了生产乳酸,32h左右获得了接近50g/L的乳酸产量,达到了理论产率的98%

 

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