Improved lycopene production by Blakeslea trispora with isopentenyl compounds and metabolic precursors
- 作者
- Yan-qiu Shi, Xiu-lan Xin, Qi-peng Yuan
- 单位
- State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology; Biotechnology Application Center, Beijing Polytechnic
- 杂志
- Biotechnology Letters（2011）
- DOI
- 10.1007/s10529-011-0839-6
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
通过添加异戊烯基化合物和代谢前体来提高 Blakeslea trispora 配对培养中番茄红素的产量
研究策略
在发酵过程中添加异戊烯醇、二甲基烯丙醇、香叶醇和甲羟戊酸，优化添加浓度和时间，利用这些稳定且廉价的化合物作为代谢前体以增强番茄红素合成途径的碳通量
核心内容
本研究针对Blakeslea trispora配对发酵生产番茄红素产量受限的问题，在发酵过程中添加异戊烯醇、二甲基烯丙醇、香叶醇和甲羟戊酸等稳定且廉价的异戊烯基化合物及代谢前体，并优化了添加浓度与时间。结果显示，发酵48小时后添加42 mg/l香叶醇获得最高产量578 mg/l，较对照的317 mg/l提高约85%；36小时添加40 mg/l异戊烯醇使产量达560 mg/l，比对照提高62%；添加17.5 mg/l甲羟戊酸和150 mg/l二甲基烯丙醇分别较对照提高45%和47%。这些结构类似IPP、DMAPP和GPP的化合物能有效增强类胡萝卜素合成途径的碳通量，且成本远低于不稳定易降解的直接代谢前体。该策略在显著提升番茄红素产量的同时具备良好的工业适用性，为三孢布拉霉规模化生产番茄红素提供了可行的低成本强化手段。
创新点
利用结构类似IPP/DMAPP/GPP的稳定异戊烯基化合物（异戊烯醇、二甲基烯丙醇、香叶醇）替代不稳定且昂贵的直接代谢前体，提高产量并降低成本，适用于工业生产
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Blakeslea trispora (ATCC 14271 + 和 ATCC 14272 -) | 类胡萝卜素生物合成途径 (甲羟戊酸/MVA途径) | — | — | 催化 | mated cultures 发酵生产番茄红素，通过添加异戊烯基化合物和代谢前体提高产量 |
关键发现
- 添加42 mg/l香叶醇（发酵48h后添加）获得最高番茄红素产量578 mg/l，对照为317 mg/l
- 添加40 mg/l异戊烯醇（36h添加）产量为560±6.25 mg/l，比对照（346±4.3 mg/l）提高62%
- 添加17.5 mg/l甲羟戊酸和150 mg/l二甲基烯丙醇（36h添加）分别比对照提高45%和47%
- 香叶醇、二甲基烯丙醇和MVA的增产幅度分别为85%、47%和45%
- 异戊烯醇在36h前添加可提高产量57-63%，最佳添加时间为异戊烯醇、二甲基烯丙醇和MVA在36h前，香叶醇在48h前
研究结论
添加最佳浓度的异戊烯醇、二甲基烯丙醇、香叶醇和MVA在发酵初期能显著增强番茄红素积累；异戊烯基化合物结构稳定、价格低廉，可替代不稳定且昂贵的直接代谢前体，是提高番茄红素产量的有效工具，适合工业生产。