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浙大徐志南和连佳长实验室:工程大肠杆菌高产5-羟色氨酸

   日期:2018-07-07     来源:合成生物催化剂    浏览:275    评论:0    
核心提示:为实现微生物高效生产5-羟色氨酸,浙江大学徐志南和连佳长实验室通过代谢工程改造大肠杆菌,实现5-HTP的从头生物合成。在摇瓶中的效价达到1.3g/L,在以甘油为碳源的补料分批发酵罐中效价达到5.1g/L。相关研究在线发表在6月19日的《Metabolic Engineering》杂志上。
  

              图1 工程大肠杆菌中生物合成5-HTP的代谢途径示意图
                    图1 工程大肠杆菌中生物合成5-HTP的代谢途径示意图

 

为实现微生物高效生产5-羟色氨酸,浙江大学徐志南和连佳长实验室通过代谢工程改造大肠杆菌,实现5-HTP的从头生物合成。在摇瓶中的效价达到1.3g/L,在以甘油为碳源的补料分批发酵罐中效价达到5.1g/L。相关研究在线发表在6月19日的《metabolic Engineering》杂志上。

5-羟色氨酸(5-hydroxytryptophan,5-HTP)是神经递质5-羟色胺生物合成的前体,5-HTP可有效治疗多种疾病,如抑郁症、纤维肌痛症、肥胖症和小脑性共济失调。然而目前缺乏有效合成5-HTP的方法,商业生产5-HTP是从加纳籽(Griffonia simplicifolia)的种子中提取而来。

为实现微生物高效生产5-羟色氨酸,研究通过包括蛋白质工程、质粒拷贝数操作和转录微调的组合代谢途径工程策略,实现大肠杆菌高产5-羟色氨酸。研究在大肠杆菌中首先功能性表达人源色氨酸羟化酶I(TPH1)基因,并重建人四氢生物蝶呤(BH4)的生物合成和再生途径,以供应辅因子BH4(如图1)。全细胞生物转化后,在摇瓶中静态细胞催化2g/L的L-色氨酸可以产生1.2g/L的5-HTP。进一步代谢工程改造实现从简单的碳源生物合成5-HTP。

整个生物合成途径分为三个功能模块:L-色氨酸模块、羟化模块和BH4模块。研究通过减少L-色氨酸模块的拷贝数,用更稳定的突变体取代羟化模块中的TPH1,结合BH4模块的启动子调节,最终在摇瓶中的效价达到1.3g/L,在以甘油为碳源的补料分批发酵罐中效价达到5.1g/L,这是目前已报道的微生物生产5-HTP的最高产量。

 
标签: 色氨酸
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