Мы рекомендуем вам статью, опубликованную в журнале Synthetic and Systems Biotechnology профессором Чжоу Цзинвэнем, заместителем директора Центра перспективных пищевых наук Университета Цзяньнань: Synergetic engineering of Escherichia coli for efficient production of L-tyrosine。 Благодаря совместным инженерным стратегиям, нацеленным на пути мангровой кислоты и тонкой настройке метаболических процессов, а также использованию лабораторной адаптивной эволюции (MMC) для повышения толерантности штамма к кислотным условиям, исследование в конечном итоге получило оптимизированный штамм, способный производить 92,5 г / л L - тирозина в течение 62 часов в 5 - литровом ферментере, что имеет большое значение для промышленного производства L - тирозина.

L - тирозин широко используется в пищевой, кормовой, химической и фармацевтической промышленности, и он не только является предшественником многих природных продуктов, таких как кофейная кислота, флавоноиды и куркумин, но также включает в себя синтез препарата L - DOPA для лечения синдрома Паркинсона. Несмотря на важную промышленную ценность L - тирозина, традиционные процессы химического синтеза или ферментативного производства тирозина имеют недостатки высокой стоимости и низкой стабильности. Микробный метод ферментации для производства тирозина имеет преимущества низкой стоимости и простой работы, но есть также недостатки, такие как более низкая производительность и недостаточно стабильные штаммы ферментации высокой плотности.

Используя кишечную палочку WSH - Z06 в качестве исходного штамма, исследователи продемонстрировали экспрессию и выщелачивание нескольких генов, связанных с накоплением мангаловой кислоты и ароматических аминокислот, и получили штамм, который объединил четыре гена с гиперэкспрессией трех генов, а производство L - тирозина в 48 - часовой бутылке достигло 4,22 г / л (рисунок 2). Затем добавьте путь фосфатодероназы (PK) в свой путь безрассудной кислоты, обнаружив, что штамм OD600 в бутылочке увеличился на 9,8%, но общее производство L - тирозина имеет тенденцию к снижению. После объединения двух генов NADH и NADPH, которые трансформировались друг в друга, полученный штамм был увеличен до 6,17 г / л (рис. 3a). Штамм ферментировался на уровне ферментатора 5L, и производство L - тирозина достигло 50,2 г / л, при этом в ферментере было обнаружено 12,4 г / л уксусной кислоты (рисунок 3b), причем высокая концентрация уксусной кислоты привела к значительному подавлению роста бактерий (рисунок 3b).

Чтобы уменьшить накопление уксусной кислоты, были удалены гены пути производства уксусной кислоты кишечной палочки, и производство уксусной кислоты в полученных штаммах сократилось на 33,6%, а рост бактерий несколько улучшился. Дальнейшее повышение его толерантности к уксусной кислоте, повышение производительности лизина, адаптивная эволюция с использованием MMC (эволюционный прибор непрерывной передачи капель микроорганизмов), более 200 капель в системе капель 50 фильтров передачи, постоянное повышение концентрации уксусной кислоты, получение хорошо выращенного штамма при pH 5.1, предпочтительно на уровне бутылки 7,11 г / л (рис. 4). Контролируя концентрацию глюкозы и растворенного кислорода в ферментере 5L, конечное производство L - тирозина достигло 92,8 г / л.

Этот комплекс комплексных инженерных стратегий значительно расширил производство L - тирозина в микробиологическом синтезе, обеспечивая мощную экспериментальную поддержку промышленного производства.

Рисунок 1 Пути биосинтеза глюкозы L - тирозин

Рисунок 2 Производство лизина после удаления и чрезмерной экспрессии генов

Рисунок 3 Оптимизация результатов ферментации флакона штамма и ферментатора 5L

Рисунок 4 Эволюция модифицированной и кислотоустойчивой системы кишечной палочки

Ссылки на статьи: https://doi.org/10.1016/j.synbio.2023.10.005