枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径相关基因功能研究

摘要

聚谷氨酸(polyglutamic acid,PGA)作为一种天然多功能的聚合物,近年来成为研究的热点。由于很难通过化学方法合成,微生物发酵是目前生产聚谷氨酸的有效途径。【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径中degS、degQ、degU、swrA、rocA、putM基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的调控。【方法】以枯草芽孢杆菌为出发菌株,通过对代谢途径中相关基因进行敲除或过表达,分别构建degS、degQ和degU基因缺失的重组菌,swrA、rocA和putM基因过表达的重组菌,借助菌株胞外聚谷氨酸积累的变化分析影响途径的关键节点。【结果】在摇瓶发酵条件下,重组菌Bacillus subtilis 168-swrA、Bacillus subtilis 168-rocA、Bacillus subtilis 168-putM的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.28倍、1.47倍和1.37倍。重组菌Bacillus subtilis 168-ΔdegS、Bacillus subtilis 168-ΔdegQ、Bacillus subtilis 168-ΔdegU的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.01倍、0.98倍和0.94倍。在静态培养时,BS168-ΔdegU不能形成完整的生物膜,Bacillus subtilis 168-ΔdegS、Bacillus subtilis 168-ΔdegQ、Bacillus subtilis 168-swrA、Bacillus subtilis 168-rocA和Bacillus subtilis 168-putM菌株的生物膜形成量分别是原始菌株的1.48倍、1.31倍、1.77倍、2.59倍和2.16倍,且胞外蛋白含量与生物膜的形成量呈正相关。【结论】degS、degQ和degU基因的缺失不会明显影响聚谷氨酸的合成,swrA、rocA和putM基因的过表达均能显著提升细胞合成聚谷氨酸的能力,rocA和putM基因的表达量增强能提高胞内谷氨酸的积累,从而增加聚谷氨酸的合成。