Enhanced production of tetramethylpyrazine in Bacillus licheniformis BL1 by bdhA disruption and 2,3-butanediol supplementation
- 作者
- Wu Meng, Dongguang Xiao, Ruiming Wang
- 单位
- 天津科技大学生物工程学院; 齐鲁工业大学食品科学与工程学院
- 杂志
- World Journal of Microbiology and Biotechnology（2016）
- DOI
- 10.1007/s11274-015-1992-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何通过基因改造和发酵条件优化提高地衣芽孢杆菌BL1中四甲基吡嗪（TMP）的产量，并减少副产物2,3-丁二醇的积累。
研究策略
敲除2,3-丁二醇脱氢酶基因（bdhA）阻断2,3-丁二醇合成途径，使前体乙偶姻积累；同时通过在发酵培养基中添加适量2,3-丁二醇（2 g/L）反馈促进乙偶姻生成，从而提高TMP产量。
核心内容
该研究以地衣芽孢杆菌BL1为对象，通过代谢工程与发酵优化提升四甲基吡嗪（TMP）产量。研究者敲除编码2,3-丁二醇脱氢酶的bdhA基因，阻断副产物2,3-丁二醇合成路径，使前体乙偶姻积累；同时向培养基添加2 g/L外源2,3-丁二醇，利用反馈促进效应强化乙偶姻生成。结果显示，敲除株BLA的TMP产量达46.98 g/L，较亲本BL1的37.89 g/L提高23.99%，乙偶姻产量从15.22 g/L升至19.63 g/L，而2,3-丁二醇产量降低78.44%。在BL1培养基中添加2 g/L 2,3-丁二醇后，TMP和乙偶姻产量分别升至44.77 g/L和17.94 g/L，提高18.16%和17.87%，但浓度超过3 g/L时无进一步增益。该工作首次在地衣芽孢杆菌中通过基因敲除结合外源添加策略显著提高TMP产量，为低成本高效生产TMP提供了可行方案。
创新点
首次在地衣芽孢杆菌中通过基因敲除工程提高TMP产量；提出利用外源添加2,3-丁二醇的反馈促进作用来提升TMP产量的低成本策略。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bacillus licheniformis BL1 | 乙偶姻/2,3-丁二醇代谢途径 | bdhA | 2,3-丁二醇脱氢酶 | 催化 | 编码2,3-丁二醇脱氢酶，敲除后阻断2,3-丁二醇合成，促进乙偶姻积累 |
| Bacillus licheniformis BLA | 乙偶姻/2,3-丁二醇代谢途径 | bdhA | 2,3-丁二醇脱氢酶（缺失） | 催化 | bdhA敲除突变株，TMP产量提高23.99% |
| Bacillus licheniformis BL1 | TMP合成途径 | — | — | 催化 | 添加2,3-丁二醇后TMP产量提高，2,3-丁二醇可能通过反馈作用促进乙偶姻生成 |
关键发现
- 敲除bdhA的BLA菌株TMP产量达46.98 g/l，比亲本BL1的37.89 g/l提高23.99%
- 乙偶姻产量从15.22 g/l提高到19.63 g/l，提高28.98%
- 2,3-丁二醇产量降低78.44%。在BL1培养基中添加2,3-丁二醇，当浓度从0增加到2 g/l时，TMP产量从37.89 g/l提高到44.77 g/l，乙偶姻产量从15.22 g/l提高到17.94 g/l，最大TMP和乙偶姻产量分别提高18.16%和17.87%
- 但当2,3-丁二醇浓度≥3 g/l时不再提高。
研究结论
通过敲除bdhA基因阻断2,3-丁二醇合成途径可以显著提高地衣芽孢杆菌的TMP产量，同时向培养基中添加适量2,3-丁二醇（2 g/l）可以进一步促进TMP合成，该策略为高效生产TMP提供了一种有价值的方法。