基于转录和翻译调控的氨基酸高产菌株筛选及构建策略

郑博 王宁 霍毅欣

（北京理工大学生命学院，北京 100081）

自20 世纪60 年代首次实现发酵法生产谷氨酸以来，微生物发酵技术凭借其成本低廉、工艺简单和易于分离等特点，迅速扩大生产规模，增加多种氨基酸生产工艺，将氨基酸产品产值升至逾百亿美金，涉及饲料添加剂、保健品和化妆品等多种行业［1］。目前，除蛋氨酸等个别氨基酸仍依赖于化学合成及酶催化以外，其余均可采用微生物发酵技术生产，不少厂商已开始通过转向合成氨基酸衍生物等高附加值产品以缓解趋于饱和的氨基酸市场［2］。

高产稳定的微生物菌株无疑是支撑大规模发酵生产氨基酸的基本保障。然而，野生菌株通过精细的代谢调控机制以避免产生过多的氨基酸。最初研究人员通过筛选营养缺陷型菌株，成功获得了可以积累鸟氨酸和赖氨酸的多种缺陷型菌株［3-4］。然而，营养缺陷型菌株并没有真正意义上解除反馈机制，其应用范围也止步于此。1950 年有研究发现具有氨基酸类似物抗性的菌株同时具有向胞外分泌氨基酸的特性［5-6］，并于1970 年首次利用氨基酸类似物筛选出高产赖氨酸的菌株［7］。该方法的本质是对胞内翻译过程的竞争性抑制（图1）。这些类似物的结构、分子量和电荷特性与组成蛋白质的氨基酸十分相近，可以与对应的氨基酸竞争数量有限的tRNA，却无法参与肽链的延伸［8］。它们所结合的tRNA 比例越高，对蛋白质正常翻译的阻碍就越大，最终导致菌体生长减缓甚至死亡［9-10］。……