通过合成代谢途径实现首次在大肠杆菌中生产马来酸盐

上海工业生物技术研发中心 2017/11/1 10:59:52
字体 分享

   为了利用可再生原料微生物生产马来酸,研究人员结合聚酮化合物的生物合成途径和苯环切割途径构建了一条合成代谢途径,并经过优化,首次实现了使用转基因大肠杆菌生产马来酸盐。在1L发酵罐中分批发酵,马来酸盐的产量达到7.1g L-1,产率为0.221mol mol -1。

444.jpg

图1 在大肠杆菌中生产马来酸盐的合成代谢途径

马来酸盐是最重要的二羧酸之一,其衍生物马来酸酐可以转化为多种聚合物材料和药物。全球对马来酸酐的需求量庞大,但没有关于利用可再生原料微生物生产马来酸的报道。近期,《Nature Communications》发表了一篇文章,首次实现了使用转基因大肠杆菌生产马来酸盐。

在该研究中,使用延长酸碱通道的策略来生产马来酸盐,而许多其他重要的二羧酸,如富马酸盐和琥珀酸盐,是通过TCA循环生产的。首先,研究人员重点分析了来自于龙胆药物的龙胆酸和马来酸盐的龙胆酸的合成途径,它们分别起源于链霉菌属中聚酮化合物的生物合成途径和芳环化合物降解细菌中的苯环切割途径。然后,结合这两种途径构建了一条合成途径,使用已报道的过氧化还原菌大肠杆菌菌株,从简单的碳源(葡萄糖)生产马来酸盐(如图1)。随后,通过改变溶氧量优化发酵罐中分批培养的条件,提高了马来酸盐的生产力。研究发现用于微调合成途径的代谢工程方法能大幅提高马来酸盐的产量,并证明了限速步骤之一位于将氯酸盐转化为龙胆酸盐这一步。最终优化菌株在1L发酵罐中分批发酵,马来酸盐的产量达到7.1g L-1,产率为0.221mol mol -1。

  虽然在大肠杆菌中成功构建了马来酸盐的合成途径且生产力比最初的测试有显著的增加,但生产速率和生产水平比报道的工程微生物生产其它化合物要低。而且这条制备马来酸盐的合成途径会产生2摩尔丙酮酸盐,因而将丙酮酸回收成马来酸盐将是进一步提高马来酸盐产量的必要步骤。