响应面法优化重组大肠杆菌产谷氨酸脱氢酶培养基的研究

张雨晴， 尹新坚， 吴坚平, 杨立荣

(浙江大学 工业生物催化浙江省工程实验室， 杭州 310027)

谷氨酸脱氢酶(Glutamate dehydrogenase，GluDH, EC 1.4.1.2-1.4.1.4)是一类依赖烟酰胺类辅酶NAD(P)+/NAD(P)H的氧化还原酶[1-4]，能够可逆的将谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸。该酶主要以四聚体和六聚体两种形式广泛存在于各种动植物、微生物体内[5-7]，在碳、氮代谢中起着至关重要的作用。GluDH在临床及农业、工业领域具有非常广泛的应用[8]，同时为酶学性质研究提供了丰富的素材[9-10]。在有机合成领域，GluDH 在天然及非天然氨基酸制备方面同样表现出巨大的应用潜力，GluDH催化合成氨基酸类化合物原理如图1所示。与化学法相比，利用GluDH等酶合成光学纯的天然及非天然氨基酸[11-13]，具有高效、环保、安全及立体选择性高等一系列优点，是符合绿色先进生产理念的先进制造技术。草铵膦(4-[羟基(甲基)膦酰基]-DL-高丙氨酸)是一种含磷的氨基酸类除草剂，具有农作物安全、活性高、杀草谱广、药害小等优点，是目前转基因抗性作物理想的除草剂，应用前景十分广阔[14-16]。前期工作中，本实验室已经开发出一株能够胺化还原2-羰基-4-(羟基甲基膦酰基丁酸)(PPO)合成 L-草铵膦的重组谷氨酸脱氢酶。为推进该工艺的工业化应用，还需优化培养基来降低生物催化剂的制备成本。

重组大肠杆菌培养基优化方法主要包括单因素试验法[17]、正交设计试验法[18-19]、均匀设计法[20]以及响应面设计优化法[21-25]等。其中响应面设计优化法具有试验周期短，求得的回归方程精度高，能研究几种因素间交互作用等优点，是一种优化反应条件和工艺参数的有效方法[26]。……