利用代谢拨动开关调控大肠杆菌芳香型氨基酸的合成

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31600066
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
古鹏飞
依托单位：
济南大学
学科分类：
C0104.微生物遗传与生物合成
结题年份：
2019
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
高娟；纪雁；何荣；沈峻宇；
关键词：
芳香型氨基酸合成生物学代谢拨动开关大肠杆菌

项目摘要

All of the three aromatic amino acids, L-phenylalanine, L-tryptophan, and L-tyrosine have relatively high economic value. Because of the low costs, environmentally friendly processes and high yields, microbial production of aromatic amino acids has attracted more and more attention in recent years. As the three aromatic amino acids share the same common pathway, to increase the production of specific aromatic amino acid, branch pathways of the other two aromatic amino acids should be completely blocked, leading to the accumulation of only one aromatic amino acid for a recombinant strain. To solve this problem, in this project, a basic strain will be firstly constructed by engineering the common aromatic amino acid pathway of the wild E. coli BW25113. Then, a metabolic toggle switch dependent on three different inducers was constructed to tune the expression of PheA, TrpE and TyrA in the branch aromatic amino acid pathways of the basic strain, resulting in a common aromatic amino acid strain. This common strain can produce L-phenylalanine, L-tyrosine, or L-tryptophan according to the supplemented inducers, and therefore relatively high application value will be exhibited for this strain. In addition, this metabolic toggle switch will provide a new tool for regulating branch pathways in microbes.

L-苯丙氨酸、L-色氨酸和L-酪氨酸这三种芳香型氨基酸均具有较高的经济价值。利用微生物生产芳香型氨基酸具有成本低廉、环境友好、产量较高等优势，逐渐成为了研究的热点。由于存在着共同途径，为了提高某一种芳香型氨基酸的产量，往往需要阻断另外两种芳香型氨基酸的合成途径，使得重组菌株只能合成单一的芳香型氨基酸。为了解决这个问题，在本项目中，以野生型大肠杆菌BW25113为出发菌株，通过对其芳香型氨基酸的共同途径进行代谢工程改造，我们将首先得到一个芳香型氨基酸合成的基础菌株。之后通过构建依赖于三种不同诱导剂的代谢拨动开关并用于调控芳香型氨基酸分支途径中的关键基因PheA、TrpE以及TyrA，我们将得到可在合成L-苯丙氨酸、L-色氨酸和L-酪氨酸之间切换的芳香型氨基酸通用菌株，从而实现 “一菌多用”，具有良好的应用价值。本项目构建的代谢拨动开关也将为微生物分支途径的调控提供一种新的工具。

结项摘要

包括莽草酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸和L-酪氨酸在内的芳香族化合物均具有较高的经济价值。在大肠杆菌等微生物中，三种芳香型氨基酸具有共同的前体物分支酸。因此，为了提高某一种芳香型氨基酸的产量，往往需要阻断另外两种芳香型氨基酸的合成途径。另外，莽草酸作为芳香型氨基酸合成的中间代谢产物，一般无法在细胞中大量积累。在本项目中，我们利用代谢拨动开关初步解决了这两个问题。我们首先设计了一个简单的代谢拨动开关MTS-1，并用于调控莽草酸激酶的活性。通过添加诱导剂L-阿拉伯糖，实现了aroK活性的条件抑制，成功获得了非营养缺陷型的莽草酸合成菌株。在5-L发酵罐中，重组大肠杆菌在不添加芳香化合物的条件下能够合成13.15 g/L的莽草酸。在MTS-1的基础上，我们构建了更加复杂的代谢拨动开关MTS-2，将L-苯丙氨酸与L-酪氨酸分支途径中的关键基因pheAFBR与tyrAFBR分别置于PacuR与PlacUV5启动子的操纵之下，并将该代谢拨动开关转移到构建的芳香型氨基酸基础菌株中。通过添加IPTG，丙烯酸盐或者不添加诱导剂，实现了对重组菌株合成芳香型氨基酸类型的调节。构建的代谢拨动开关MTS-1和MTS-2具有在大肠杆菌或其他微生物的不同代谢途径中应用的潜力。