重组大肠杆菌全细胞催化L-苏氨酸合成2,5-二甲基吡嗪

作者：于海波; 徐建中; 刘立明; ***

来源：生物工程学报, 2021, 37(01): 228-241.

DOI：10.13345/j.cjb.200270

• 2
• 5-二甲基吡嗪
• L-苏氨酸
• 全细胞催化
• EcTDH-LcNoxE融合蛋白
• L-苏氨酸转运蛋白SstT
• 辅因子工程

2,5-二甲基吡嗪(2,5-dimethylpyrazine,2,5-DMP)在食品香料与医药方面具有重要的经济价值,工业上普遍采用环境不友好且反应条件苛刻的化学合成法来生产。文中结合代谢工程和辅因子工程策略设计高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP的全细胞催化剂,实现微生物转化法合成2,5-DMP。本研究首先分析了不同微生物来源的苏氨酸脱氢酶(Threonine dehydrogenase,TDH)对2,5-DMP合成的影响,发现来源于大肠杆菌Escherichia coli中EcTDH具有最佳的催化能力,2,5-DMP产量达到(438.3±23.7) mg/L。随后结合辅因子工程,通过引入乳脂链球菌Lactococcus cremoris中NADH氧化酶(NADH oxidase,LcNox E)并优化其表达方式发现通过融合表达EcTDH和Lc Nox E可平衡胞内NADH/NAD+水平,维持较高细胞存活率,进一步提高2,5-DMP产量。最后,通过阻断合成2,5-DMP的支路代谢途径,可以显著减少副产物积累,增加2,5-DMP产量,同时提高L-苏氨酸转化率。最终获得的重组菌EcΔkΔAΔBΔA/TDHEcNoxELc-PSst T在含有5 g/L L-苏氨酸的转化体系中于37℃、200 r/min孵化24 h,可积累(1 095.7±81.3) mg/L的2,5-DMP,L-苏氨酸转化率达到76%,产物得率为0.288 g/(g L-苏氨酸)。因此,文中构建的重组菌可以实现高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP,具有一定的工业应用潜力。

• 单位
  工业生物技术教育部重点实验室; 江南大学; 食品科学与技术国家重点实验室; 生物工程学院