理性代谢工程改造促进谷氨酸棒杆菌高效合成L-谷氨酰胺

摘要

L-谷氨酰胺(L-glutamine,L-Gln)是人体液中含量最丰富的一种半必需氨基酸,具有多种营养和药理功能,被广泛应用于医药、食品添加剂、营养保健品、饲料等领域。目前,微生物发酵法是生产L-Gln的主要方法,发酵产酸效率低、副产物多、菌种性能欠缺等问题严重限制了其工业化应用。为解决这一问题,作者以实验室前期构建的L-Gln生产菌株CGQ03为出发菌株,通过强化谷氨酸脱氢酶表达及辅因子NADPH供应促进前体L-谷氨酸合成、增强辅因子ATP胞内含量、过表达溶氧相关蛋白VHb提高细胞携氧能力、增强关键酶谷氨酰胺合成酶催化活性及发酵工艺优化等策略提高了L-Gln产量。最终的基因工程菌CGQ08/pDXW10-glnASc-gdhCg在5 L发酵罐上补料分批发酵66 h,L-Gln的产量最高达(94.5±1.8)g/L,糖酸转化率为34.8%,生产强度为1.43 g/(L·h)。本研究为L-Gln及其相关化合物的工业化生产提供了借鉴。