Enhancement of xylitol production in Candida tropicalis by co-expression of two genes involved in pentose phosphate pathway

作者: Irshad Ahmad, Woo Yong Shim, Woo Young Jeon, Byoung Hoon Yoon, Jung-Hoe Kim
杂志: Bioprocess and Biosystems Engineering（2011）
DOI: 10.1007/s00449-011-0641-9
所属领域: 代谢工程
关键词: 6-Phosphogluconate dehydrogenaseCandida tropicalisGlucose-6-phosphate dehydrogenaseXylitol
阅读原文: 查看 PDF 原文

解决的核心问题

NADPH供应不足限制了Candida tropicalis中木糖向木糖醇的还原效率，需要增强磷酸戊糖途径通量以提高NADPH再生能力，从而提升木糖醇生产效率。

研究策略

在木糖醇脱氢酶基因(XYL2)被破坏的突变株BSXDH-3基础上，利用GAPDH组成型启动子共表达磷酸戊糖途径的zwf和gnd基因（分别编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶），以增强NADPH再生，并以甘油为共底物进行发酵。

研究路线图

100%

下载 .drawio 源文件

核心内容

针对热带假丝酵母中NADPH供应不足限制木糖醇合成效率的问题，该研究在木糖醇脱氢酶基因被破坏的突变株BSXDH-3基础上，利用组成型GAPDH启动子共表达磷酸戊糖途径的zwf和gnd基因，分别编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶，以增强NADPH再生，并以甘油为共底物进行发酵。重组酶的比活力分别为0.20 U/mg和0.06 U/mg，分子量约58 kDa和57 kDa。工程菌株PP在16 h和24 h的木糖醇产率分别达0.74 g/L/h和1.41 g/L/h，较亲本提高19%和31%；48 h时体积产率达1.25 g/L/h，比对照的1.04 g/L/h高出21%，且甘油消耗速率无显著差异。结果表明，共表达zwf和gnd显著提升两种脱氢酶活性，强化了磷酸戊糖途径氧化阶段的NADPH再生，从而有效促进NADPH依赖的木糖醇合成，证明该策略在工业酵母中提高辅因子供应具有可行性。

创新点

首次在Candida tropicalis中通过代谢工程增强磷酸戊糖途径通量来实现NADPH再生并提高木糖醇产量；采用双基因共表达策略同时上调两个关键氧化酶。

研究对象（6）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Candida tropicalis BSXDH-3	磷酸戊糖途径	zwf	葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 (G6PDH)	催化	过表达以增强NADPH再生
Candida tropicalis BSXDH-3	磷酸戊糖途径	gnd	6-磷酸葡糖酸脱氢酶 (6-PGDH)	催化	过表达以增强NADPH再生
Candida tropicalis L10	木糖代谢途径	XYL2	木糖醇脱氢酶	催化	基因被破坏以阻断木糖醇进一步代谢，积累木糖醇
Escherichia coli BL21	磷酸戊糖途径	zwf	G6PDH	催化	用于重组酶表达和纯化，酶活为0.20 U/mg
Escherichia coli BL21	磷酸戊糖途径	gnd	6-PGDH	催化	用于重组酶表达和纯化，酶活为0.06 U/mg
Candida tropicalis L10	—	GAPDH promoter	—	调控	用于驱动zwf和gnd的组成型表达

关键发现

重组G6PDH和6-PGDH的比活力分别为0.20 U/mg和0.06 U/mg，分子量分别为58 kDa和57 kDa
工程菌株PP在16 h和24 h的木糖醇产率分别为0.74 g/L/h和1.41 g/L/h，比亲本BSXDH-3高19%和31%
48 h时体积产率为1.25 g/L/h，比BSXDH-3的1.04 g/L/h高21%，且甘油消耗速率无显著差异。

研究结论

共表达zwf和gnd基因的PP菌株显著提高了G6PDH和6-PGDH酶活性，增强了NADPH再生，最终使木糖醇体积产率提高21%（1.25 g/L/h vs 1.04 g/L/h），证明通过上调磷酸戊糖途径氧化阶段可有效促进NADPH依赖的木糖醇合成。