合成生物催化剂摘译自:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.0c00249

L-脯氨酸具有一定的生理功能,广泛应用于医药、食品及调味剂、农业和有机化学,尤其是在医学研究和治疗中的作用,日益受到重视。目前L-脯氨酸的生产菌株主要通过谷氨酸棒杆菌诱变获得,而从头理性构建的L-脯氨酸生产菌株的生产性能还有待提高。

202076日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心杨晟实验室在ACS Synthetic Biology发表的文章De Novo Engineering of Corynebacterium glutamicum for L-Proline Production”报道了一株从头理性构建的L-脯氨酸创纪录高产菌株。

首先,作者对谷氨酸棒杆菌的基因组编辑工具进行了进一步的优化,构建的SacB辅助的CRISPR-Cpf1系统将7.5 kb的大片段基因敲除效率从CRISPR/FnCpf1系统的65%提高到了100%3 kb的基因插入效率从CRISPR/FnCpf1系统的26.66%提高到了61.66%。此外,通过对Cas9基因进行密码子优化,实现了CRISPR/Cas9系统在谷氨酸棒杆菌中的应用(相关质粒pCgCas9_recT, pCgsgRNA_crtYf可从AddgeneMolecularCloud获取)。

随后,作者以前期(Y Jiang et al.  Nat Commun 2017, 8: 15179)获得的一株γ-谷氨酸激酶G149KL-脯氨酸负反馈抑制菌株为出发菌株,阻断L-脯氨酸降解途径脯氨酸脱氢酶,过表达谷氨酸脱氢酶上调谷氨酸合成通量,改造戊糖磷酸途径6-磷酸葡糖酸脱氢酶和葡萄糖-6-磷酸-脱氢酶增强NADPH供应,敲除副产物丙氨酸合成途径缬氨酸-丙酮酸氨基转移酶,通过弱化α-酮戊二酸脱氢酶对TCA循环进行精细调控,进一步增加γ-谷氨酸激酶G149K基因表达剂量,获得了一株L-脯氨酸高产菌株ZQJY-9,摇瓶发酵近20 g/L,发酵罐高达120.18 g/L。该工作获得了梅花集团的支持,有望取代诱变菌株用于生产。

(张姣 摘译)


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