基于代谢网络模型分析改造大肠杆菌生产聚3-羟基丁酸

Posted 2021-04-07 代谢工程与合成生物学

本文由中科院天津工业生物技术研究所的马红武于2017年7月10日发表在Enzyme and Microbial Technology杂志。

    本研究基于E.coli iJO1366 代谢网络模型，通过引入非氧化性糖酵解途径（NOG途径），可将P3HB的理论碳得率由67%提高到89%，并推断出其中的关键酶：磷酸转酮酶(fxpk)、果糖1,6-二磷酸酶(Fbp)、转氢酶(pntAB)。

    基于代谢网络分析结果，本研究以E.coli JM109为出发菌，质粒过表达fxpk （来源于Bifidobacteriumadolescentis）和fbp基因（来源于E.coli）以及P3HB合成路径（fromRalstonia eutropha），构建NOG菌株，该菌株与未引入NOG途径相关的菌株相比，其细胞干重和P3HB积累量都有所提高，P3HB的产量为4.69g/l,转化率为24%；在此基础上，强化tktA/B和talA的启动子加强PPP途径中转酮与转醛作用，使得NOG途径通量增加，获得的NOG-tktA/B-talA菌株的P3HB转化率提高到26%；随后作者过表达pntAB加强NADPH的供应，其转化率达到0.29%说明NOG途径有利于提高P3HB的转化率。

乙酰辅酶A是P3HB的前体物，NOG代谢通路的产物AcP可以作为乙酰辅酶A的前体物，同时Acp在大肠杆菌可被ackA编码的蛋白催化生成乙酸，为了将更多的AcP用于合成P3HB，作者将ackA基因敲除同时过表达acs加强乙酸回用，但P3HB产量并没有提高，猜测可能acs被翻译后乙酰化作用调控，待进一步研究。

最后作者为了提供更多的乙酰辅酶A以合成P3HB对TCA循环的相关基因gltA、fumC 和sucC进行研究，发现fumC基因敲除可使P3HB的转化率由24%提升至27%。

结合以上，构建NOG-tktA/BtalA-pntAB-ΔfumC优势菌株，P3HB产量达到5.7g/l,比出发菌株提高了1.4倍，转化率从16%提高到了31%。