大肠杆菌利用磷酸转酮酶提高聚3-羟基丁酸酯的产量

摘要

聚羟基脂肪酸酯是微生物天然合成的一类生物聚酯类物质,具有较好的生物降解性、生物相容性等性质而作为新型的生物材料被广泛的应用,进一步研究聚羟基丁酸酯对于降低生物材料PHA的生产成本,推动绿色塑料的工业化生产及广泛应用具有极其重要的意义.研究发现大肠杆菌异源表达磷酸转酮酶，可以实现碳源的完全转化为乙酰辅酶A。利用大肠杆菌基因组尺度代谢网络模型进行代谢通量平衡分析，对聚羟基丁酸酯大肠杆菌进行不同的途径改造。本研究中，大肠杆菌过表达源自青春双歧杆菌的磷酸转酮酶和果糖1,6-二磷酸酶可以积累PHB至野生对照的2.03倍，同时胞内乙酰辅酶A浓度较对照组提高约80%。因此推测磷酸转酮酶过表达菌株通过提高乙酰辅酶A的通量提高聚羟基丁酸的产量。为了进一步增强磷酸转酮酶途径的通量，过表达磷酸戊糖途径中的转酮酶tktAB及转醛酶talA，同时提高NADPH的水平，基因操作染色体过表达pntAB转氢酶，此外针对TCA循环的调控，通过分别敲除TCA循环中的不同关键酶，包括柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、a-酮戊二酸脱氢酶、延胡索酸酶，并确定延胡索酸fumC的敲除可以提高PHB的产量。经过以上三种改造策略获得的大肠杆菌高产PHB菌株，摇瓶发酵进一步提高3-羟基丁酸酯20%，并且获得碳得率约43%。该菌株需要进一步进行发酵罐操作，以验证其产PHB的效率。同时以上的改造策略，均可以作为潜在的改造策略用于提高以乙酰辅酶A为前提的其他生物产品。