基于碳硫模块平衡策略的大肠杆菌高产L-半胱氨酸菌株构建

作者：张博; 陈开; 杨辉; 吴梓丹; 柳志强^*; 郑裕国

来源：生物工程学报, 2022, 38(12): 4567-4586.

DOI：10.13345/j.cjb.220134

• 生物合成
• 基因协同表达
• L-半胱氨酸
• 代谢工程
• 发酵工程

L-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸，因其多样的生理功能，L-半胱氨酸在医药、化妆品和食品工业中有着广泛的应用。模块化代谢工程策略在细胞工厂的构建中具有极大的潜力。本研究利用碳硫模块协同表达策略进行大肠杆菌的L-半胱氨酸合成途径构建，构建了一株L-半胱氨酸合成基因工程菌。首先，通过增强L-半胱氨酸前体物质L-丝氨酸(serAf、serB和serCCg)的生物合成以及转录调控因子CysB的表达，L-半胱氨酸的产量由0提高到(0.38±0.02) g/L。然后，通过促进L-半胱氨酸转运和无机硫源的吸收同化、减弱L-半胱氨酸和L-丝氨酸的降解以及异源表达cysEf和cysBSt,L-半胱氨酸的产量提升至(3.82±0.01)g/L。最后，为了优化碳模块和硫模块的代谢通量，协同表达硫酸盐同化途径与硫代硫酸盐同化途径的基因cysM、nrdH、cysK以及cysIJ，得到L-半胱氨酸高产菌株。在500 mL摇瓶和2 L发酵罐中分别实现了(4.17±0.07) g/L和(11.94±0.1) g/L的L-半胱氨酸积累。研究结果表明，在细胞内通过对硫碳模块间代谢通量的协调控制，可以实现L-半胱氨酸的高效生物合成。研究结果为微生物发酵生产L-半胱氨酸的产业化奠定了基础。

• 单位
  生物工程学院; 浙江工业大学