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时间: 2020年02月28日 14:28 | 来源: 苦涩的滋味℡只有泪知道 | 编辑: 念芳洲 | 阅读: 8670 次

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谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum),是首要的工业微生物之一,被广泛应用于氨基酸、有机酸、维生素和生物动力等的工业化出产。作为工业出产菌种,谷氨酸棒杆菌具有耐受高强度发酵的鲁棒性、环境适应性强等特色。该菌的基因组测序已完结,遗传操作体系正在被不断地完善。现在,谷氨酸棒杆菌的代谢工程改造首要会集在免除反响按捺、削弱竞赛路径、增强方针产品组成路径代谢通量、进步细胞转运才能等方面,这些战略通常不能取得预期的代谢通量改动的作用,其因素在于缺少对代谢网络调控和表达调控的了解。

基因组规划代谢网络模型(Genome-scale metabolic model,GEM),包括细胞内部发作的悉数已知的生化反响,从细胞全体水平研讨各组成部分之间的相互作用联系,剖析代谢网络的构造和功用,从大局规划上深入知道和了解细胞内的调控机制,并可以辅导高效、定向调控微生物代谢网络,完成特定的生理功用。因而,亟需树立一个谷氨酸棒杆菌的基因组规划代谢网络模型,使用计算机模仿、定量剖析代谢通量以及定性剖析细胞成长表型,辅导规划意图产品的代谢工程改造。

中国科学院微生物研讨所温廷益研讨组与北京化工大学谭天伟研讨组协作树立了一个新的谷氨酸棒杆菌的基因组规划代谢网络模型iCW773,其间包括了773个基因,950个代谢产品和1207个生化反响。经过精粹集成反响,平衡反响式中代谢物的电荷和质量,使用吉布斯自由能ΔrG'限制反响方向,该网络模型可以精确模仿猜测谷氨酸棒杆菌使用不一样碳源成长的比成长速率和在以葡萄糖为仅有碳源成长的胞内代谢通量散布;使用OptForcemust算法,剖析对比了野生型和高产l-赖氨酸、l-缬氨酸和l-丝氨酸工程菌之间各个网络代谢节点的代谢通量区间的重合度,所取得的代谢工程改造靶点及其改造方法与试验成果完全一致;经过增加异源组成路径,树立了谷氨酸棒杆菌组成1,2-丙二醇和异丁醇的代谢网络,发现了有利于1,2-丙二醇和异丁醇组成的新的代谢改造靶点,证明了iCW773用于方针产品的代谢网络规划的实用性;最终经过干湿法联系,从头规划并构建了一株l-脯氨酸工程菌,经过发酵罐接连补料发酵,工程菌的l-脯氨酸产值到达66.43 g/L,糖酸转化率0.26 g/g,出产强度1.11 g/L/h,是现在已报导的在以葡萄糖为仅有碳源的基本培养基中发酵出产l-脯氨酸的最高转化率和出产强度。

该研讨所构建的基因组规划代谢网络模型可以供给一个高效的研讨猜测渠道,有利于在体系生物学水平加深对谷氨酸棒杆菌的代谢网络的了解,为使用该菌作为细胞工厂组成具有不一样代谢路径化合物供给了一种高效的技能东西,并为一些生物基化学品的人工组成网络的规划改造奠定了研讨根底。

该研讨已于6月30日正式宣布在Biotechnology for Biofuels,微生物所博士生张宇为该文的榜首作者,北京化工大学生科院博士生蔡敬一和中国工程院院士谭天伟为一起作者,副研讨员张芸与研讨员温廷益为一起通讯作者。该研讨得到国家高技能研讨发展方案(“863”方案)(2014AA021203)、中科院科技服务网络方案(STS方案)(KFJ-STS-QYZD-047和KFJ-EW-STS-078)和国家自然科学基金(31570074、21390202和21436002)的赞助。

微生物所协作树立新的谷氨酸棒杆菌基因组规划代谢网络模型

图1 谷氨酸棒杆菌的基地代谢网络

微生物所协作树立新的谷氨酸棒杆菌基因组规划代谢网络模型

图2 根据GEM构建的l-脯氨酸工程菌的生理代谢剖析。a. l-脯氨酸工程菌的摇瓶发酵;b. 干法剖析ACONTa (b) 的通量对胞内其它代谢通量的影响;c. l-脯氨酸组成有关基因的转录水平剖析




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(念芳洲编辑《苦涩的滋味℡只有泪知道》2020年02月28日 14:28 )

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