利用不同碳源来高效供应乙酰辅酶A

Metabolicengineeringforefficientsupplyofacetyl-CoAfromdifferentcarbonsourcesinEscherichiacoli

通讯作者：中科院微生物所陶勇研究员、林白雪副研究员

发表杂志：MCF

Online:.8.6

DOI:10./s---y

研究背景：

乙酰辅酶A作为重要的代谢中间物，可作为乙酰基供体用于合成高附加值的乙酰类化合物。在大肠杆菌中，乙酰辅酶A可通过葡萄糖、乙酸及脂肪酸代谢途径合成。而如何将以上碳源高效转化为乙酰辅酶A并进一步用于生产N-乙酰谷氨酸是本文研究的重点问题。

文章脉络：

1、构建NAG合成途径：以E.coliBW为底盘菌，敲除argB、argA后质粒过表达经酶活筛选获得Kitasatosporasetae来源的N-乙酰谷氨酸合酶。获得改造菌株0，以50mM谷氨酸钠为底物，其NAG产量约17.89mM。

2、以葡萄糖为碳源

首先将内源葡萄糖运输PTS系统失活同时引入Zymomonasmobilis来源的葡萄糖运载体glf。获得改造菌株(BW,?argB,?argA,?ptsG::glk,?galR::zglf)，NAG产量20.95mM。

因丙酮酸是乙酰辅酶A的直接前体，为提高前体量，将丙酮酸分解途径阻断（失活丙酮酸氧化酶基因poxB及乳酸脱氢酶基因ldhA）并过表达乙酰辅酶A合成酶基因acs，后阻断乙酸合成基因pta。获得改造菌株，以50mM葡萄糖+50mM谷氨酸钠为底物，NAG产量27.12mM。

3、以乙酸为碳源

乙酸合成乙酰辅酶A有2条途径，其中ACS途径在低浓度下起作用，需要消耗更多的ATP；ACK-PTA途径在高浓度下作用，ATP消耗较少。本研究通过质粒分别过表达2条途径基因，发现表达ACK-PTA途径更有效，以mM乙酸+50mM谷氨酸钠为底物，NAG产量17.88mM。

4、以脂肪酸为碳源

脂肪酸通过β-氧化途径分解生成乙酰辅酶A。本研究通过失活fadR及启动子强化fadD来增强其分解途径。获得改造菌株，以16mM棕榈酸+50mM谷氨酸钠为底物，NAG产量31.92mM。

5、通过实验对比三种碳源，发现葡萄糖的转化效率及发酵强度最高。而放大至1L罐后发现转化效率下降。通过添加谷氨酸或NAG实验发现K.s来源的N-乙酰谷氨酸合酶存在底物抑制及产物抑制效应，这可能限制了NAG的放大生产。

结论：通过对乙酰辅酶A合成路径代谢流优化，实现了胞内充足的乙酰辅酶A供应，从而促进了NAG产量增加。此类改造策略可拓展应用于其他以乙酰辅酶A为前体的化合物生产。