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锐谈 | J Agric Food Chem：利用系统代谢工程在红曲霉HJ11中生产嗜氮酮类化合物

锐谈 | J Agric Food Chem：利用系统代谢工程在红曲霉HJ11中生产嗜氮酮类化合物

分类：新闻动态
作者：末一
来源：
发布时间：2023-09-18 16:19
访问量：

锐谈 | J Agric Food Chem：利用系统代谢工程在红曲霉HJ11中生产嗜氮酮类化合物

【概要描述】

分类：新闻动态
作者：末一
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发布时间：2023-09-18 16:19
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丝状真菌产生的嗜氮酮类化合物（MAs）在食品和制药工业中表现出巨大的潜力，然而，野生型菌株的低产量和丝状真菌的基因编辑等方面存在着严重的瓶颈。

在本研究中，红曲霉HJ11通过启动子工程、基因敲除、限速酶过表达、竞争途径抑制、酶工程和代谢再平衡的组合进行了系统代谢工程设计。MAs产量的最大产量和滴度分别成功地提高到906 mg/g DCW和14.6g/L。本研究的成功模式不仅为提高MAs的产量提供了一条实用有效的途径，而且也揭示了系统代谢工程的潜力。

1. 鉴定MAs生物合成途径中的限速步骤

利用靶向代谢组学确定MAs产量与丙二酰辅酶A、乙酰辅酶A、丙酮酸（PYR）和1，6-二磷酸果糖的相关性显著。

2.碳源依赖性启动子的比较与选择

分别用PgpdA，Pfba，PtrpCm，PtrpC，Ptef1，PamyB，Pxylp，Pmt2过表达pigB。

3.通过下调 mrgltA 将 PYR 通量重定向到丙二酰辅酶 A

向TCA循环减少PYR通量可能会增加用于MAs生物合成的丙二酰辅酶A通量。在菌株中敲除线粒体基因mrgltA，但该菌株的生长速率降低，这可能限制MAs的产生，因此随后使用弱启动子PtrpCm替换降低mrgltA表达量。

4.糖酵解途径关键步骤的工程设计

来自黑曲霉的PYK基因pykA，在Ptef1的控制下异源表达，来自黑曲霉PFK基因（pfk1），同样在Ptef1的控制下异源表达。

5.在LA旁路途径中敲除乳酸脱氢酶（LDH）基因，以促进丙二酰辅酶A供应

重组菌株的LA含量显著提高，LA由LDH从PYR生成，因此敲除LDH基因。

6.通过过表达PDH基因进行乙酰辅酶A生成工程

PDH途径是通过PDH多酶复合物从PYR直接形成乙酰辅酶A，包括三种大肠杆菌酶：LpdA AceE AceF，引入工程菌株PM11。

7.通过过表达ACC基因增强丙二酰辅酶A供应

工程菌株PM13中过表达，丙二酰辅酶A水平显着增加，乙酰辅酶A水平显着降低。

8.通过下调脂肪酸合酶（FAS）基因抑制竞争脂肪酸（FA）生物合成

FA和MA的生物合成表现出正相关关系，脂质含量随着丙二酰辅酶A水平的增加而增加，FAS的原始启动子分别被弱启动子PamyB, PtrpCm, Pfast 取代。

9.在下游途径中引入异源 AzaH

MrPigN，AzaH（来自黑曲霉）和AfoD（来自构巢曲霉）表现出相似的底物特异性。在菌株中表达了mrpigN，azaH和afoD。引入异源AzaH导致更高的MAs产量。

10. AzaH的酶工程

定点诱变揭示了对催化效率至关重要的六个通道残基（36ARG、37ALA、102PHE、106LEU、258TRP 和 322PRO）。

11.用于高产量MA的两阶段发酵策略

应用两阶段发酵策略，其中葡萄糖和蔗糖先后用作碳源，在早期-中期利用葡萄糖作为MAs生物合成的抑制剂来促进细胞生长，并在中后期细胞密度较高的基础上激活MAs生物合成和蔗糖作为诱导剂。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c07588

作者：末一

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