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微生物所辅因子自均衡的全细胞催化剂设计获得

发布时间:2017-11-21 00:00

微生物细胞工厂高效生产化学品是先进生物制造的重要手段。目标产物的合成途径可能涉及多个辅因子或共底物,辅因子供应不足和辅因子不平衡等问题常常成为高效生物合成的重要瓶颈。针对该问题,中国科学院微生物研究所陶勇研究组通过设计辅因子自平衡的系统,将合成途径中所需的多个辅因子进行同时再生循环,实现合成系统中辅因子的自平衡,促进产物的高效合成,并在苯乙醇生物合成中得到成功应用。

从苯丙酮酸合成苯乙醇的代谢途径需要共底物α- 酮戊二酸 (2-oxoglutarate) 和还原力 (NAD(P)H)的参与,α- 酮戊二酸的供应不足和还原力平衡问题是限制苯乙醇产量进一步提高的重要瓶颈。针对辅因子供应和循环问题,该研究以大肠杆菌为底盘,通过在合成系统中利用谷氨酸脱氢酶设计一个“桥梁”,构建辅因子自平衡的细胞工厂,无需外源添加任何辅因子,细胞催化效率提高近 4 倍,实现了苯丙氨酸高效转化生成具有玫瑰香的苯乙醇。

该研究通过进一步移除合成系统中的氨,催化系统能以苯丙酮酸为唯一底物该效合成苯乙醇,同时只有水和 CO2 作为副产物,从而建立了一个高效、干净的生物催化系统。该辅因子自平衡系统对氨基酸到相应的醇的合成具有普遍的适用性。本研究提供了一种解决辅因子 / 还原力不平衡的新途径,并展示了辅因子自平衡系统促进化学品合成的广泛适用性。

该研究成果发表在 Metabolic Engineering 期刊上。陶勇课题组博士生王鹏超为文章的第一作者,陶勇、微生物所副研究员林白雪、福建师范大学教授黄建忠为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、“973”项目和中国科学院 / 国家外国专家局“创新团队国际合作伙伴计划”的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717617301039

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