代谢工程改造微生物高产氨基酸的策略.PDFVIP

中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３５（３）：９９１０３ ＤＯＩ：１０．１３５２３／ｊ．ｃｂ 代谢工程改造微生物高产氨基酸的策略 １ ２ １ ２ １ 万　方 　陈民良　张　斌 　陈进聪 　陈雪岚 （１江西师范大学生命科学学院　南昌　３３００２２　２南昌大学中德联合研究院　南昌　３３００４７） 摘要　氨基酸作为一类营养物质在维持机体正常的生理生化反应方面具有重要的功能，常用作 食品、药品和化妆品等的添加剂。氨基酸的生产主要依靠微生物发酵，产氨基酸菌的选育却是制 约大规模工业生产氨基酸的重要因素。随着微生物分子育种技术的发展和运用，利用代谢工程 改造细胞本身固有的代谢网络，指导氨基酸高产菌的选育已成为当前研究的热点。以谷氨酸棒 杆菌（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）为例，就该菌株代谢网络的特征以及高产氨基酸的代谢工程策 略和应用进行综述。 关键词　代谢工程　谷氨酸棒杆菌　分子育种　氨基酸 中图分类号　Ｑ８１２ 　　氨基酸作为蛋白质的合成单位，对维持人类正常 型［１２１３］（ｇｅｎｏｍｅｓｃａｌｅｍｅｔａｂｏｌｉｃｎｅｔｗｏｒｋ，ＧＳＭＮ）已初步 生理功能具有重要作用。然而，有多种代谢必需的氨 构建等优势而被广泛应用于筛选高产氨基酸菌株。本 基酸是人体自身不能合成的，其来源很大程度上依赖 文作者结合国内外研究成果，主要就 Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ应 ［１］ 于外界食物的供给 。微生物发酵法是目前生产氨基 用代谢工程策略指导该菌株的分子育种，提高氨基酸 酸的主流方法，因此氨基酸高产菌的选育成为当前的 产量的研究工作做一综述，并对目前存在的问题进行 研究热点。 分析。 　　诱变育种是获得高产氨基酸菌的传统育种方法， １　代谢工程 但该方法具有很大的盲目性和随机性，往往很难获得 稳定的高产菌株。氨基酸的生物合成是通过细胞内的 　　微生物代谢工程是基因工程的一个重要分支，利 代谢网络进行的，该代谢网络是由众多的酶催化相互 用ＤＮＡ重组技术修饰或引进特定的代谢反应，达到改 关联的一系列化学反应以及特异性的膜转运系统构 变生物体内的代谢流并集中流向靶产物的目的，提高 ［２］ ［１４］ 成 。因此，为了提高氨基酸的产量，科研工作者借助 产物的形成和细胞的性能 。代谢工程改造有赖于对 于基因克隆与表达技术提出了多种代谢工程改造策 分子育种技术手段的掌握，对氨基酸生物合成网络途 ［３］ 略，包括增加氨基酸生物合成的相关基因表达量 、解 径和相关基因表达调控机理的了解以及对产物性质的 ［４５］ 除终产物对关键限速酶的反馈抑制 、解除或降低阻 把握。 ［６］ 　　因此，对 Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ的基因组特性和代谢网络 遏蛋白对其合成途径中的各基因的阻遏作用 、更换 ［７］ ［８］ 特征进行分析是有必要的。据ＴｈｅＭｏｄｅｌＳＥＥＤ数据库 表达调控元件 、积累ＮＡＤＰＨ池 、增加氨基酸转运 ［９１０］ 统计显示，Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ的全基因组长度为３３０９ＫＢ， 蛋白转运能力 等手段理性设计细胞代谢途径对其