代谢工程改造L-半胱氨酸供给模块促地衣芽胞杆菌高效合成杆菌肽

• 作者: 李凌峰 刘佩 罗文 王勤 王志 陈晓斌 李俊辉 蔡冬波 马昕 陈守文
• 来源期刊: 生物工程学报
• 关键词: 地衣芽胞杆菌 杆菌肽 L-半胱氨酸供给 代谢工程
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 合成生物技术|Synthetic Biotechnology
• 页码范围: 2803-2812
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13345/j.cjb.200623

摘要

杆菌肽是一种主要由芽胞杆菌产生的广谱性抗生素,目前作为兽药广泛应用于畜禽养殖领域.前体氨基酸供应不足可能是限制微生物发酵高产杆菌肽的重要因素.文中以杆菌肽工业生产菌株——地衣芽胞杆菌Bacillus licheniformis DW2为出发菌株,研究L-半胱氨酸供给模块强化对杆菌肽合成的影响.首先,构建了L-半胱氨酸合成酶基因cysK强化表达菌株,杆菌肽效价相比于对照菌株提高了9.47％.接着,为提高L-半胱氨酸合成前体供给,对L-丝氨酸乙酰转移酶基因cysE和硫代硫酸盐/硫酸盐胞内转运蛋白基因cysP进行强化,杆菌肽产量分别提高了7.23％和8.52％.随后,结果表明转运蛋白TcyP负责从胞外向胞内转运胱氨酸,强化表达TcyP后胞内L-半胱氨酸浓度和杆菌肽效价分别提高了29.19％和7.79％.通过组合代谢工程育种,在整合表达了基因cysK基础上,利用强启动子PbacA分别替换基因cysP、cysE和tcyP原始启动子,得到工程菌株CYS4 (DW2∷cysK-PbacA(cysP)-PbacA(cysE)-PbacA(tcyP)),杆菌肽效价达到910.02 U/mL,相比于出发菌株DW2 (747.71 U/mL)提高了21.10％.最后,通过3L发酵罐小试实验,进一步证实了强化L-半胱氨酸有利于杆菌肽合成.研究表明,强化胞内L-半胱氨酸供给水平是提高地衣芽胞杆菌中杆菌肽产量的有效策略,为杆菌肽工业生产提供了一株具有良好应用前景的菌株.