In dieser Ausgabe empfehlen wir Ihnen einen Artikel von Prof. Zhou Jing-wen, stellvertretendem Direktor des Zentrums für Lebensmittelwissenschaften der Zukunft an der Gangnam-Universität, der in Synthetic and Systems Biotechnology veröffentlicht wurde: Synergetic engineering of Escherichia coli for efficient production of L-tyrosine。 Diese Studie ergab durch eine synergistische Engineering-Strategie, die sich auf den Wege der Rasensäure richtet und den Stoffwechsel fein einstellt, und nutzte die Labor-Adaptive Evolution (MMC), um die Toleranz der Stämme gegenüber sauren Bedingungen zu verbessern, schließlich einen optimierten Stämm, der 92,5 g / L L-Tyrosin in einem 5-Liter-Fermentationsbehälter in 62 Stunden produzieren kann, was von großer Bedeutung für die industrielle Produktion von L-Tyrosin ist.

L-Tyrosin ist in der Lebensmittel-, Futtermittel-, Chemie- und Pharmaindustrie weit verbreitet und ist nicht nur ein Vorläufer für eine Vielzahl natürlicher Produkte wie Koffeinsäure, Flavonoide und Curcumin, sondern beinhaltet auch die Synthese des Medikaments L-DOPA zur Behandlung des Parkinson-Syndroms. Trotz des bedeutenden industriellen Wertes von L-Tyrosin hat die herkömmliche chemische Synthese oder die enzymatische Herstellung von Tyrosin die Nachteile der hohen Kosten und der schlechten Stabilität. Die mikrobielle Fermentationsmethode zur Herstellung von Tyrosin hat Vorteile wie niedrige Kosten und einfache Bedienung, aber es gibt auch Nachteile wie niedrige Erträge und hohe Dichte Fermentationsstämme, die nicht stabil genug sind.

Mit E. coli WSH-Z06 als Ausgangsstamm haben die Forscher eine Mischung von mehreren Genen, die mit der Akkumulation von Rauschsäure und aromatischen Aminosäuren verbunden sind, ausgedrückt und knocked-verifiziert, um einen Stamm zu erhalten, der vier Gene überexpressiert und drei Gene knocked-kombiniert hat, mit einer 48-Stunden-Flasche L-Tyrosin-Produktion von 4,22 g / L (Abbildung 2). Anschließend wurde der Phosphatoketonase-Weg (PK) zu seinem Raw Herb-Pfad hinzugefügt, und es wurde festgestellt, dass der Stamm einen Anstieg von OD600 um 9,8% in der Schüttelflasche hatte, aber die Gesamtproduktion von L-Tyrosin sinkte. Nach der Integration von zwei NADH- und NADPH-Genen, die sich gegenseitig verwandeln, erhöhte sich die erhaltene Stammproduktion auf 6,17 g/L (Abbildung 3a). Der Stamm wurde auf 5L-Tankniveau fermentiert und die Ausbeute von L-Tyrosin erreichte 50,2 g / L, während 12,4 g / L Essigsäure in der Fermentationsflüssigkeit nachgewiesen wurde (Abbildung 3b), wobei eine hohe Konzentration an Essigsäure dazu führte, dass das Bakterienwachstum deutlich unterdrückt wurde (Abbildung 3b).

Um die Akkumulation von Essigsäure zu verringern, wurde das E. coli-Essigsäureproduktionsweg-Gen ausgeschlossen und die Erzeugung von Stamm-Essigsäure sank um 33,6% und das Bakterienwachstum verbesserte sich leicht. Weitere Verbesserung der Toleranz gegenüber Essigsäure, Verbesserung der Lysinproduktivität, Anpassungsevolution mit MMC (Microbial Tropfen Continuous Transmission Evolutor), 50 Übertragungsscreens von mehr als 200 Tropfen unter einem Tropfensystem, kontinuierliche Verbesserung der Essigsäurekonzentration, um einen gut wachsenden Stamm bei pH 5,1 zu erhalten, vorzugsweise eine Fläschenschütterungsleistung von 7,11 g/L (Abbildung 4). Durch die Kontrolle der Glukosekonzentration und des gelösten Sauerstoffs in einem 5-Liter-Fermentationsbehälter erreichte die Endproduktion von L-Tyrosin 92,8 g/L.

Diese Reihe von umfassenden technischen Strategien hat die Produktion von L-Tyrosin bei der mikrobiellen Synthese erheblich vorangetrieben und eine starke experimentelle Unterstützung für die industrielle Produktion bereitgestellt.

Abbildung 1 Glukose-Biosynthese L-Tyrosin-Weg

Abbildung 2 Ertrag von Lysin nach Knocking und Überexpression von Genen

Abbildung 3 Optimierung der Fermentationsergebnisse in Stammschüttelflaschen mit 5L-Fermentationsbehältern

Abbildung 4 Modifikation des E. coli Essigsäuresystems und Entwicklung der Säureresistenz

Artikel-Links: https://doi.org/10.1016/j.synbio.2023.10.005