适应性进化和改造质粒稳定性促进枯草芽孢杆菌合成N-乙酰神经氨酸

摘要

N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid,NeuAc)作为营养化学品和药物中间体在保健品和医药领域具有广泛的应用.为了提升重组枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)合成NeuAc的产量,首先利用NeuAc生物传感器(NeuAc-Biosensor)调控抗生素抗性基因表达,在抗生素存在条件下将细胞生长与NeuAc合成相关联.进而通过增加抗生素浓度进行适应性进化,促进NeuAc合成效率提升.研究结果显示,当利用NeuAc-Biosensor分别调控壮观霉素抗性基因(spc)和红霉素抗性基因(erm)时,高产菌株能够在较高抗生素浓度条件下生长.通过在培养过程中逐步增加抗生素浓度开展适应性进化,结果表明采用壮观霉素和红霉素进行双抗性适应性进化时,进化获得的菌株中假阳性率(产量未提高的菌株比例)为46.7％,显著低于采用壮观霉素或红霉素单一抗生素进化获得的菌株中假阳性率(73.3％和66.7％).通过适应性进化与发酵验证得到1株NeuAc产量为(3.16±0.19)g/L的菌株,产量比出发菌株提高了31.7％.为进一步解决发酵过程中重组B.subtilis质粒丢失的问题,通过将必需基因folB(编码二氢喋呤醛缩酶,dihydroneopterin aldolase)插入携带NeuAc合成途径关键酶编码基因重组质粒并且敲除基因组中的folB基因,质粒的丢失率由34.1％下降至11.8％.该研究提升了重组B.subtilis合成NeuAc的产量和稳定性,为重组B.subtilis发酵法生产NeuAc奠定了基础.