高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Improved tolerance of recombinant Escherichia coli to the toxicity of crude glycerol by overexpressing trehalose biosynthetic genes (otsBA) for the production of β-carotene

作者
Anh Do Quynh Nguyen, You Geun Kim, Sung Bae Kim, Chang-Joon Kim
单位
Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Republic of Korea; KB Cosmetics, Jinju 660-844, Republic of Korea
杂志
Bioresource Technology（2013）
DOI
10.1016/j.biortech.2013.06.034
所属领域
代谢工程
关键词
Crude glycerolRecombinant Escherichia coliToleranceTrehalose biosynthetic operonβ-carotene
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

粗甘油中的有毒杂质（特别是脂肪酸和过氧化物）抑制重组大肠杆菌的生长和β-胡萝卜素生产，需要提高菌株耐受性以直接利用粗甘油。

研究策略

在β-胡萝卜素生产重组大肠杆菌中过表达海藻糖生物合成操纵子otsBA，通过积累海藻糖保护细胞免受粗甘油中过氧化物等毒物的伤害，从而实现对粗甘油的直接利用。

研究路线图

100%
粗甘油毒物抑制大肠杆菌生长及β-胡萝卜素生产
粗甘油中的脂肪酸和过氧化物为主要毒性物质
策略：过表达otsBA操纵子积累海藻糖
海藻糖保护细胞免受过氧化物等毒物伤害
关键改造：构建otsBA过表达菌株
含β-胡萝卜素合成通路+MVA通路+otsBA
关键结果：工程菌耐受粗甘油并高产β-胡萝卜素
粗甘油中产89 mg/L；无延滞期；产率提高1.9倍；耐脂肪酸≤42 g/L、甲醇≤7.5 g/L、t-BuOH≤60 μM
结论：过表达otsBA实现粗甘油直接利用
无需预处理粗甘油，为增值产品生产提供新策略
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

本研究在β-胡萝卜素生产重组大肠杆菌中过表达海藻糖生物合成操纵子otsBA，利用积累的海藻糖保护细胞免受粗甘油中有毒物质的伤害，从而实现对粗甘油的直接利用。研究者构建了整合β-胡萝卜素合成途径和甲羟戊酸途径的工程菌，并额外表达otsBA。结果显示，在纯甘油培养基中工程菌最高OD600达28，β-胡萝卜素产量达147 mg/L；在20 g/L粗甘油中无延滞期，产量达89 mg/L，体积产率比对照菌高1.9倍；在60 g/L粗甘油中仍保持良好性能。机制分析表明，粗甘油中的脂肪酸和过氧化物（H2O2浓度41 μM、叔丁基过氧化物94 μM）是主要抑制因素，而脱脂处理可将其分别降至6 μM和22 μM。对照细胞在14 wet-g/L粗脂肪酸存在下生长和产量分别下降50%和73%，而工程菌可耐受高达42 wet-g/L粗脂肪酸和60 μM叔丁基过氧化物。该策略无需预处理即可直接利用粗甘油生产增值产品，为降低生物炼制成本提供了新思路。

创新点

首次证明过表达otsBA能赋予大肠杆菌对粗甘油中毒性过氧化物的耐受性，因此可直接利用粗甘油生产β-胡萝卜素；发现粗甘油中过氧化物是主要抑制因素。

研究对象（3）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Escherichia coli DH5α 海藻糖生物合成 otsBA OtsA (海藻糖-6-磷酸合酶), OtsB (海藻糖-6-磷酸磷酸酶) 催化 过表达otsBA可积累海藻糖，保护细胞免受粗甘油中过氧化物的损伤
Escherichia coli DH5α β-胡萝卜素生物合成 crtE, crtB, crtI, crtY, ipiHP1, dxs GGPP合酶、八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素脱饱和酶、番茄红素环化酶、异戊烯基焦磷酸异构酶、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶 催化 来自pantoea agglomerans、Pantoea ananatis、Haematococcus pluvialis等，负责β-胡萝卜素合成
Escherichia coli DH5α 甲羟戊酸 (MVA) 途径 mvaE, mvaS, mvaK1, mvaK2, mvaD, idi 乙酰-CoA乙酰转移酶/HMG-CoA还原酶、HMG-CoA合酶、甲羟戊酸激酶、磷酸甲羟戊酸激酶、二磷酸甲羟戊酸脱羧酶、异戊烯基二磷酸异构酶 催化 来自粪肠球菌和肺炎链球菌的MVA途径基因，用于增强β-胡萝卜素前体供应

关键发现

  1. 在纯甘油培养基中，工程菌细胞浓度最高OD600达28，β-胡萝卜素产量147 mg/L
  2. 在20 g/L粗甘油中，工程菌无延滞期，β-胡萝卜素产量89 mg/L，体积产率比对照菌高1.9倍
  3. 工程菌在60 g/L粗甘油中仍能保持良好性能，而80 g/L时略有下降
  4. 工程菌分别耐受粗脂肪酸≤42 wet-g/L、甲醇≤7.5 g/L、t-BuOH≤60 μM
  5. 粗甘油中H2O2和t-BuOH浓度分别为41 μM和94 μM，而脱脂后分别为6 μM和22 μM
  6. 对照细胞在14 wet-g/L粗脂肪酸存在下，细胞生长和β-胡萝卜素产量分别下降50%和73%。

研究结论

过表达otsBA赋予大肠杆菌耐受粗甘油中过氧化物等毒性的能力，从而可直接利用粗甘油生产β-胡萝卜素，为利用粗甘油生产增值产品提供了一种无需预处理的新策略。