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L-赖氨酸作为必须氨基酸之一，被广泛应用于饲料、医药和食品工业中。谷氨酸棒状杆菌作为L-赖氨酸的高产菌，在碳通量方面的工程改造已经有较多研究，然而NADPH和ATP作为细胞环境的重要组成部分和L-赖氨酸生物合成的重要辅助因子而报道较少。

江南大学张卫国团队构建了一个对细胞内赖氨酸浓度敏感的启动子文库，并应用于NADP依赖的甘油醛3-磷酸脱氢酶的表达，兑现了NADPH的动态调控，后经过发酵，工程菌株的赖氨酸产量可来到223.4 g/L当中。

1、代谢通量调节与ATP供应

作者对前期构建的赖氨酸出产菌株进行了基因组测序，鉴定了与赖氨酸合成关系的天冬氨酸激酶、二氢吡啶二羧酸合酶 、N-琥珀酰二氨基二聚脱琥珀酰酶、二氨基苯甲酸酯聚酶四个关头酶基因的突变。在此来源根基上，进行pck敲除，pyc、ppc过表达，增补赖氨酸前体，再行分配碳通量，赖氨酸关系路径上的具体基因启动子替换成强启动子Ptrc，提高关系酶活，并阻断关系的比赛性路径，包孕乳酸道路、L-丙氨酸道路、高丝氨酸脱氢酶突变，将碳通量定位至赖氨酸合成路径中，变成菌株lys4，源委发酵，赖氨酸产量由45.8 g/L升迁至62.49 g/L。的，菌株中pgk、pyk基因启动子替换成强启动子，并敲除amn基因，增补赖氨酸合成的ATP供给，构建菌株lys4.3/△amn产量抵达69 g/L。

2、赖氨酸转运系统测试

促进产品流出或防备摄取控制细胞内L-赖氨酸浓度防备反馈抑制。作者先是敲除了赖氨酸转入系统LysP，发觉对赖氨酸产量无显着影响，增强了赖氨酸转出系统lysE，产量别国什么变化，的，作者过表达了出处于大肠的赖氨酸转运系统ybjE，赖氨酸产量无显着变化，这一数据表明工程菌株体内的赖氨酸转运系统足够L-赖氨酸的转运。

3、赖氨酸响应启动子库的建立

转录调节因子LysG可能感知细胞内L-赖氨酸的含量，而lysE开动子可能在其调控下刺激靶基因的表达。作者首先敲掉了菌株体内天然存在的lysG，随后引入了对赖氨酸反映的突变基因LysG，开动子为PlysE，发现该开动子强度为Ptrc开动子的一半，为了以L-赖氨酸反映的方式准确动态的调节多个基因的表达，对PlysE开动子进行了点缀，以餍足代谢调节的反映效应。作者对PlysE的13个碱基进行了任意突变，得到了强度分歧的三十个开动子，其中，PlysE-7和Ptrc开动子强度，并这三十个开动子进行强度划分，，用分歧强度的开动子对pntAB和gapN基因进行表达，兑现NADPH的动态调控，结果发现，随着开动子的增强，NADPH的含量提高，赖氨酸的产量在提高，作者选择了PlysE-28号开动子取兑现gapN的动态调控，颠末发酵，赖氨酸的个没关系到达80 g/L当中，通过补料分批，赖氨酸产量为223.4 g/L当中。

(A) Production performance of LYS-1 in a 5 L fermenter. The error bars represent the standard deviation based on three independent measurements.

(B) Production performance of LYS-6 in a 5 L fermenter. The error bars represent the standard deviation based on three independent measurements.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37604260/

作者：cTiyAmo