枯草芽孢杆菌中高效响应N-乙酰神经氨酸生物传感器的构建

作者：孙佳琦; 曹燕亭; 吕雪芹; 李江华; 刘龙; 堵国成; 陈坚; 刘延峰^*

来源：生物工程学报, 2023, 39(06): 2502-2516.

DOI：10.13345/j.cjb.220961

• 枯草芽孢杆菌
• N-乙酰神经氨酸
• 转录因子
• 生物传感器

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是公认的食品安全菌株，目前已被用于多种高附加值产品的生物合成，包括被广泛用作营养化学品和药物中间体的N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid,NeuAc)。响应目标产物的生物传感器被广泛用于代谢工程中的动态调控和高通量筛选等方面，以提高生物合成效率。但是，枯草芽孢杆菌中缺乏可高效响应NeuAc的生物传感器。因此，本文首先测试和优化了能将胞外NeuAc转运进胞内的转运蛋白，获得了一系列具有不同转运能力的菌株，以用于后续响应NeuAc的生物传感器的验证；随后将响应NeuAc的转录因子Bbr＿NanR的结合位点插入枯草芽孢杆菌组成型启动子的不同位置，筛选具有活性的杂合启动子；接下来，通过在具有NeuAc转运能力的枯草芽孢杆菌中表达Bbr＿NanR，选择能响应NeuAc的杂合启动子，并进一步通过优化Bbr＿NanR表达量获得了一系列动态范围广、激活倍数高的生物传感器，其中生物传感器P535-N2能灵敏地响应胞内NeuAc浓度的变化，具有最大的动态范围，为(180–20 245) AU/OD;P566-N2则具有最高的激活倍数，为122倍，是已报道的枯草芽孢杆菌中响应N-乙酰神经氨酸的生物传感器的2倍。本文构建的响应NeuAc的生物传感器可用于高产NeuAc的酶突变体和枯草芽孢杆菌菌株的筛选，为枯草芽孢杆菌生物合成NeuAc提供了高效、灵敏的分析和调控工具。

• 单位
  生物工程学院; 江南大学