通过合理的代谢工程结合两阶段pH控制策略提高谷氨酰胺产量

本期为您推荐江南大学生物工程学院饶志明教授研究团队发表在国际知名期刊《Bioresource Technology》上的一篇文章，原文题目：Enhancing L-glutamine production in Corynebacterium glutamicum by rational metabolic engineering combined with a two-stage pH control strategy。

文章摘要内容如下：

L -谷氨酰胺被认为是一种条件必需氨基酸，在微生物中，L-谷氨酰胺作为氨基酸供体在细胞氮运输中发挥重要作用。由于酶促合成L-谷氨酰胺耗时且成本高，工业生产的L-谷氨酰胺主要是通过微生物发酵生产的。随着L-谷氨酰胺的年需求量逐年增加，人们对更经济、更高效的L-谷氨酰胺生产产生了极大的兴趣。在此期间，相关研究尝试利用许多工程方法来提高L-谷氨酰胺的产量，包括增加关键酶的活性、削弱竞争途径、增加辅因子供应、DNA旋转酶突变、紫外线或化学方法进行的传统随机突变等，但由于效率低和安全性问题而受到限制。最近，本研究为了提高L-氨基酸的产量，开发了一种新颖且强大的常压室温等离子体（ARTP）诱变方法。

本研究中，首先通过ARTP诱变结合高通量筛选产生了一株效价为25.7±2.7 g/L的谷氨酸棒杆菌L-谷氨酰胺产生菌株。随后，采用一系列合理的代谢方法进一步提高L-谷氨酰胺的产生，其中包括增加L-谷氨酰胺的碳流量（proB和NCgl1221敲除），提高关键酶的催化效率（glnE敲除和glnA筛选和过度表达），以及加强ATP再生（ppk过度表达和RBS优化）。最后，提出了两阶段pH控制策略，以解决细胞生长和L -谷氨酰胺产生过程中pH要求不一致的问题。这些组合使菌株的L-谷氨酰胺滴度比初始菌株提高186.0%，达到73.5±3.1 g/L，产率为0.368±0.034 g/g葡萄糖。

文章精彩内容如下：

图1采用ARTP诱变法获得l-谷氨酰胺产生菌株

图2 proB和NCgl1221敲除对l-谷氨酰胺发酵的影响

图4 ATP再生系统的引入及RBS的优化对l-谷氨酰胺生产的影响