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代谢工程改造大肠杆菌合成丁二酸及发酵罐放大工艺

日期:2019-01-18     浏览:38    下载:0     体积:1.78M     评论:0    


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姚伶俐1 潘海峰2 田文娟2 惠天聪2 谢志鹏1,2* 张建国2
(1. 浙江大学药物生物技术研究所 浙江 杭州 310058)
(2. 杭州宝晶生物股份有限公司 浙江 杭州 311106)
摘 要:
【背景】Escherichia coli AFP111 发酵生产丁二酸时大量副产乙酸,丁二酸得率低。
【目的】代谢工程改造Escherichia coli AFP111,提高丁二酸得率,降低副产物乙酸的生成,建立100 L 规模的丁二酸发酵工艺。【方法】一步同源重组敲除乙酸合成途径关键酶基因,改造丁二酸合成途径关键酶启动子实现过表达;单因素优化5 L 发酵罐培养条件。【结果】敲除乙酸产生途径编码乙酸激酶和磷酸转乙酰酶的基因ackA-pta、苏氨酸脱羧酶和2-酮丁酸甲酸裂解酶的基因tdcDE获得SX02 菌株,摇瓶发酵条件下其乙酸产量下降了53.42%,丁二酸得率提高9.85%。
在SX02 菌株基础上,经启动子改造过表达编码葡萄糖激酶的基因glk 后获得菌株SX03,其Glk 酶活性提高3.66 倍,乙酸产量下降了31.62%,丁二酸得率提高8.28%。SX03 菌株发酵生产丁二酸在5 L 发酵罐进行放大,其乙酸产量为3.97 g/L,丁二酸得率为1.62 mol/mol 葡萄糖,相比出发菌株的乙酸产量下降了75.76%,丁二酸得率提高19.12%。在5 L 发酵罐上对比研究和葡萄糖浓度,获得如下最适发酵条件:pH 6.8,搅拌转速250 r/min,葡萄糖100 g/L,发酵结束时乙酸产量为2.24 g/L,丁二酸得率为1.66 mol/mol 葡萄糖。中和剂替换优化后乙酸产量下降了20.65%,丁二酸得率提高2.47%。菌株SX03 发酵工艺进一步在100 L 发酵罐上实现放大,其乙酸产量为1.91 g/L,丁二酸得率为1.30 mol/mol 葡萄糖。
【结论】通过代谢工程改造的大肠杆菌,其副产物乙酸含量显著下降,丁二酸得率提高,并在5 L 和100 L 发酵罐上实现了工艺放大,展现出较大的工业化利用潜力。
关键词:大肠杆菌,丁二酸,乙酸,葡萄糖激酶,工艺优化,中试发酵
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