二氧化碳固定酶固碳效率及其对地衣芽孢杆菌代谢的影响

作者：杨明飞; 何贺贺; 李由然^*; 石贵阳^*

来源：微生物学通报, 2023, 50(06): 2390-2404.

DOI：10.13344/j.microbiol.china.220885

• 核酮糖1,5-二磷酸羧化加氧酶
• 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
• 乙酰辅酶A羧化酶
• 二氧化碳固定
• LC-MS/MS
• 地衣芽孢杆菌

【背景】随着代谢工程与合成生物学的快速发展，通过对异养微生物进行代谢改造，利用生物法进行二氧化碳固定成为一个新的趋势。生物代谢途径中存在着大量固碳酶，这些酶尚待挖掘与应用，不同的酶固碳效率之间也缺少比较。【目的】在体外和体内对固碳功能和效率进行评价。【方法】选取3种固碳酶，即核酮糖1,5-二磷酸羧化加氧酶(ribose 1,5-diphosphate carboxylation oxygenase, RuBisCo)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase, PCK)和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase, ACC)在大肠杆菌中异源表达并纯化。测定纯酶的酶活，并建立无细胞催化实验-液质联用评价酶固碳能力的方法。在厌氧发酵条件下检测代谢指标，比较过表达固碳酶的地衣芽孢杆菌相较于原始菌的代谢差异。【结果】3种酶均实现可溶性表达，纯酶的比酶活分别为66.43、1.16和12.52 U/mg。通过体外无细胞催化实验，ACC在3种酶中表现出最高的固碳效率。分别过表达了PCK、ACC的重组地衣芽孢杆菌，厌氧发酵主产物乳酸的转化率从48.6%分别提升至58.1%和59.7%。【结论】可以通过体外、体内结合的方式对固碳酶的效率进行评价，该研究可为固碳酶在微生物遗传改造中理性、精准地应用提供参考。

• 单位
  江南大学; 生物工程学院