最新技術創新提升精氨酸發酵產量
2016/8/16 10:00:38點擊：
精氨酸是一種半必須氨基酸，是重要的食品調味劑和制藥工業氨基酸。利用微生物發酵進行精氨酸生產正在受到越來越多的關注。近日，江南大學饒志明課題組發表于代謝工程雜志Metabolic Engineering上的文章報道了通過改變細胞內環境的策略來提高精氨酸發酵產量的研究。文章作者認為ROS和ATP都是細胞內環境的重要組成部分，而精氨酸的合成需要大量的ATP。在不改變精氨酸合成途徑的基礎上，本文研究者通過減少H2O2合成和增加ATP供應，實現了精氨酸產量的顯著提升。
在早先的工作中，該研究組通過誘變育種獲得了一株精氨酸高產的棒狀桿菌。在這項工作中，研究者通過改變細胞內環境的手段進一步實現了精氨酸產量的提高。首先，他們首次鑒定了谷氨酸棒桿菌中的兩個NAD(P)H依賴的黃素還原酶Frd181（frd1基因編碼）和Frd188 (frd2基因編碼)。通過對這兩個編碼基因的敲除和過表達，研究人員對他們的功能進行了研究，并且發現對Frd181和Frd188的失活有利于細胞的生長以及精氨酸的生產。他們認為這一點得益于胞內H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的減少以及NADH和ATP水平的增加。在此基礎上，研究者們嘗試通過對noxA （編碼NADH氧化酶）、amn（編碼AMP核苷酶）的敲除以及pgk（編碼3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（編碼丙酮酸激酶）的過表達來進一步增加ATP水平，結果顯示精氨酸產量得到明顯的提升。在分批補料發酵中，精氨酸產量達到57.3g/L，得率為0.326g/g葡萄糖。相比母菌分別提高了49.2%和34.2%。
在早先的工作中，該研究組通過誘變育種獲得了一株精氨酸高產的棒狀桿菌。在這項工作中，研究者通過改變細胞內環境的手段進一步實現了精氨酸產量的提高。首先，他們首次鑒定了谷氨酸棒桿菌中的兩個NAD(P)H依賴的黃素還原酶Frd181（frd1基因編碼）和Frd188 (frd2基因編碼)。通過對這兩個編碼基因的敲除和過表達，研究人員對他們的功能進行了研究，并且發現對Frd181和Frd188的失活有利于細胞的生長以及精氨酸的生產。他們認為這一點得益于胞內H2O2和活性氧（reactive oxygen species ，ROS）的減少以及NADH和ATP水平的增加。在此基礎上，研究者們嘗試通過對noxA （編碼NADH氧化酶）、amn（編碼AMP核苷酶）的敲除以及pgk（編碼3-磷酸甘油酸激酶）和pyk（編碼丙酮酸激酶）的過表達來進一步增加ATP水平，結果顯示精氨酸產量得到明顯的提升。在分批補料發酵中，精氨酸產量達到57.3g/L，得率為0.326g/g葡萄糖。相比母菌分別提高了49.2%和34.2%。
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