高产L-丙氨酸大肠杆菌细胞工厂的构建与发酵优化

来源：中国食品学报杂志2024年第6期北京时间：

作者：聂玉朋，郭亮，刘立明，刘佳，徐慧，姜国政，田延军

单位：聂玉朋齐鲁工业大学山东省科学院 山东省食品发酵工业研究设计院 济南 250014,郭亮江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏无锡 214122,刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏无锡 214122,刘佳江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏无锡 214122,徐慧齐鲁工业大学山东省科学院 山东省食品发酵工业研究设计院 济南 250014,姜国政烟台恒源生物股份有限公司 山东烟台 265709,田延军齐鲁工业大学山东省科学院 山东省食品发酵工业研究设计院 济南 250014,tianyj16@163.com

摘要：L-丙氨酸作为最小的手性化合物之一，被广泛应用于食品、医药和日化领域。目前，微生物法生产L-丙氨酸存在发酵周期长，生产强度低等问题。为此，通过强化前体供给、启动子工程和转运工程等代谢工程策略，构建高产L-丙氨酸的大肠杆菌细胞工厂。进一步通过生化工程策略优化L-丙氨酸生产工艺，提高L-丙氨酸大肠杆菌细胞工厂的生产性能。结果:过表达gapA (3-磷酸甘油醛脱氢酶基因)强化前体丙酮酸供给，使L-丙氨酸产量和转化率分别提高了5.1%和15.6%。启动子工程优化gapA表达，使L-丙氨酸产量和转化率进一步提高到18.3 g/L和0.55 g/g。过表达L-丙氨酸外运蛋白(AlaE)，增加L-丙氨酸转运，使L-丙氨酸产量提高到20.4 g/L。生化工程策略优化培养基组分，得到最佳碳源为葡萄糖40 g/L，最佳氮源为(NH4)2SO4 25 g/L。最佳发酵条件为:接种量15%，10 h转厌氧发酵和变速补料发酵。5 L发酵罐发酵36 h，大肠杆菌菌株W-135 L-丙氨酸产量为127.2 g/L，转化率为0.83 g/g，生产强度为3.53 g/L/h，比优化前分别提高了64.3%，50.9%和64.2%。本研究利用系统代谢工程和生化工程策略，构建了发酵周期短和发酵工艺简单的L-丙氨酸高产菌株，为L-丙氨酸的工业化生产提供了理论基础。

关键词：L-丙氨酸; 大肠杆菌; 代谢工程; 外排; 生化工程

基金资助：泰山产业领军人才专项(鲁政办字190号)