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    【创新进展】国工邓禹团队首次报道了通过平衡TCA循环和乙醛酸分流之间的碳通量分布在大肠杆菌中以高产率和高产量生产乙醇酸

    编辑:文、图:邓禹;审核:刘立明 发布日期:2018-12-05 来源:

    乙醇酸具有醇和中等强酸基团的双重性质。它已广泛用于纺织工业,食品加工和制药工业。一些微生物可以通过乙醇腈的水解或乙二醇的氧化来生产乙醇酸。然而,用于生产乙醇酸的上述方法需要昂贵且有毒的前体,这使得乙醇酸盐的生物生产在商业上不可行。为了克服这个问题,已经在大肠杆菌和酵母中研究了从葡萄糖和木糖直接生产乙醇酸,其中乙醛酸分流被放大以使用天然酶将异柠檬酸转化为乙醇酸。然而,在这些研究中,大肠杆菌中乙醇酸的产量和产率仍然不适用于商业应用

    本研究中为了以高产率和产量积累乙醇酸,分析了过量表达乙醇酸途径酶的策略,包括异柠檬酸裂解酶(AceA),异柠檬酸脱氢酶激酶/磷酸酶(AceK)和乙醛酸还原酶(YcdW)。编码这三种酶的基因在pTrc99A上的启动子pTrc的控制下转录,形成pJNU-3质粒,其由菌株Mgly1携带,产生菌株Mgly13。菌株Mgly13能够生产0.385g/g葡萄糖产率的乙醇酸(理论产率的45.2%)。柠檬酸合酶(GltA)将过量的乙酰-CoA和草酰乙酸转化为柠檬酸盐,并被pJNU-4(pCDFDuet-1骨架)过表达。因此,所得菌株Mgly134能够生产0.504g/g葡萄糖产率的乙醇酸(理论产率的59.3%)。然后,通过消除了涉及乙醇酸降解的途径,产生菌株Mgly434,其能够生产92.9%理论产率的乙醇酸。优化发酵后,来自菌株Mgly434的最大乙醇酸产量为65.5g/L.

    本文以“Balancing the carbon flux distributions between the TCA cycle and glyoxylate shunt to produce glycolate at high yield and titer in Escherichia coli ” 为题发表于“Metabolic Engineering” 期刊,国工邓禹教授为第一作者,邓禹教授为通讯作者。这一研究受到了国家自然科学基金项目(No.31500070),江苏省自然科学基金(No.BK20150136, BK20150151),和中央高校基本科研经费(No.JUSRP51705A)支持。

    Metabolic strategies for redirecting carbon flux to glycolate inEscherichia coli. EMP, glycolysis pathway; ldhA, D-lactate dehydrogenase; glcB, aceB, malate synthases; ycdW, glyoxylate reductase; glcDEF, glycolate oxidase; aceA, isocitrate lyase; gltA, citrate synthase; aldA, aldehyde dehydrogenase; PYR, pyruvate; CIT, citrate; ICI, isocitrate; AKG, a-ketoglutarate; SUCC, succinate; SCU, succinyl-CoA; FUM, fumarate; MAL, malate; OAA, oxaloacetate; Glc, glucose; GLYX, glyoxylate

    Fermentation results of strain engineering. A) Glycolate yields; B) Fermentation process of strain Mgly434.

    Fed-batch fermentation of glycolate by strain Mgly434.

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