钝齿棒杆菌黄素血红蛋白Hmp在L-精氨酸合成中的作用

摘要

钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）SYPA5-5是本实验室选育的一株L-精氨酸高产菌，基于前期转录组和蛋白组数据分析，发现黄素血红蛋白（flavohemoglobin,Hmp）在高氮源相对于低氮源条件下表达水平上调，进一步研究Hmp的抗氧化胁迫功能和在L-精氨酸合成中的作用.构建了hmp过表达和敲除菌株，首先以Hmp蛋白为研究对象，分析Hmp的圆二色谱结构，用SWISS-MODEL建模分析，测其NAD（P）H氧化酶酶活，验证了Hmp的结构与功能.接下来研究Hmp与氧化应激之间的关系，首先测定发酵过程胞内活性氧（reactive oxygen species,ROS）水平以及超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）酶活，最后通过5-L发酵罐扩大发酵体系来探究Hmp在L-精氨酸合成中的作用.过表达hmp在发酵过程中降低了活性氧水平，分别提高了9.2%和8.7%的SOD和CAT酶活，促进了菌体生长代谢和提高目标代谢产物的积累.通过检测发酵过程的细胞干重、葡萄糖含量和L-精氨酸产量，发现hmp过表达菌株Cc-hmp的L-精氨酸产量和得率相比于原始菌株Cc5-5分别提高了19.7%和29.6%,hmp敲除菌株Cc-Δhmp的L-精氨酸产量和得率相比于原始菌株Cc5-5分别减少37.9%和14.8%.本研究表明高氮高溶氧条件下，使用发酵法生产L-精氨酸的过程中，氧化应激的产生及带来的氧化损伤不可避免，Hmp可以有效抵抗胞内氧化应激，改善胞内的氧化还原状态，维持一个良好的胞内环境，从而提高L-精氨酸的产量.（图10表3参31）