Carotenoid production in Bacillus subtilis achieved by metabolic engineering
- 作者
- Kazuyuki Yoshida, Shunsaku Ueda, Isamu Maeda
- 杂志
- Biotechnology Letters（2009）
- DOI
- 10.1007/s10529-009-0082-6
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
在枯草芽孢杆菌中实现C30类胡萝卜素的异源生产，并评估其抗氧化效果。
研究策略
将来源于金黄色葡萄球菌的类胡萝卜素合成基因crtM和crtN克隆至穿梭载体pHY300PLK，构建重组质粒pHYcrtMN，通过电穿孔转化导入Bacillus subtilis JH642，实现C30类胡萝卜素的合成。
核心内容
该研究将来源于金黄色葡萄球菌的类胡萝卜素合成基因crtM和crtN克隆至穿梭载体pHY300PLK，通过电穿孔转化导入枯草芽孢杆菌JH642，构建了重组菌株B. subtilis(pHYcrtMN)，首次在该宿主中实现了C30类胡萝卜素的异源生产。MALDI-TOF MS分析确认重组菌株积累两种C30类胡萝卜素，即4,4’-diapolycopene（质荷比399.9）和4,4’-diaponeurosporene（质荷比401.9）。抗氧化活性评估显示，在50 mM H2O2处理下重组菌株存活率达88±2%，而空载体对照仅为52±4%；在100 mM H2O2下存活率分别为72±2%和41±4%，表明产生的类胡萝卜素显著增强了菌株的氧化应激抗性。该工作证明枯草芽孢杆菌可利用crtM和crtN基因合成具有生物活性的C30类胡萝卜素，所构建菌株可视为一种基础宿主，用于C30类胡萝卜素的生产及抗氧化效果评价。
创新点
首次在Bacillus subtilis中成功生产C30类胡萝卜素（4,4'-diapolycopene和4,4'-diaponeurosporene），并证明这些中间产物具有抗氧化活性。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bacillus subtilis JH642 | C30类胡萝卜素生物合成途径（staphyloxanthin途径） | crtM | CrtM (dehydrosqualene synthase) | 催化 | 催化两分子法尼基焦磷酸缩合生成dehydrosqualene |
| Bacillus subtilis JH642 | C30类胡萝卜素生物合成途径（staphyloxanthin途径） | crtN | CrtN (dehydrosqualene desaturase) | 催化 | 催化dehydrosqualene脱氢生成4,4'-diapolycopene和4,4'-diaponeurosporene |
关键发现
- 重组菌株B. subtilis(pHYcrtMN)积累两种C30类胡萝卜素：4,4'-diapolycopene (C30H40)和4,4'-diaponeurosporene (C30H42)，MALDI-TOF MS显示质荷比分别为399.9和401.9
- 在50 mM H2O2处理下，重组菌株存活率为88±2%，而空载体对照为52±4%
- 在100 mM H2O2下，存活率分别为72±2%和41±4%，表明产生的类胡萝卜素显著增强了氧化应激抗性。
研究结论
Bacillus subtilis能够利用crtM和crtN基因生产C30类胡萝卜素，该菌株（命名为Carotenobacillus）可作为C30类胡萝卜素生产和抗氧化效果评价的基础宿主。