胞苷合成途径改造对大肠杆菌嘧啶核苷发酵的影响

刘益宁，秦臻，李旋，蒋帅，吴鹤云，谢希贤,3*

1(天津科技大学 生物工程学院，天津，300457)2(天津科技大学 食品科学与工程学院，天津，300457) 3(代谢控制发酵技术国家地方联合工程实验室，天津，300457)

嘧啶核苷包括尿嘧啶核苷(尿苷，uridine)和胞嘧啶核苷(胞苷，cytidine)，广泛应用在食品、保健品、化妆品和医药等诸多行业。作为抗病毒抗肿瘤药物的前体[1]，嘧啶核苷是生物医药研究必不可少的原料。随着抗病毒抗肿瘤药物研发的深入以及嘧啶核苷功能性研究的不断拓展，嘧啶核苷的市场需求不断扩大，迫切需要开发廉价的可规模化应用的嘧啶核苷生产工艺。微生物发酵法具有原料来源广泛、生产效率高和环境友好可持续等诸多优势[2]，是当前嘧啶核苷生产研究的重点。

嘧啶核苷的生物合成可分为3部分(图1)：首先谷氨酰胺、碳酸氢盐、腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)、天冬氨酸和5-磷酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribosyl 1-pyrophosphate，PRPP)等前体物质经6步酶促反应生成尿苷酸(uridylic monophosphate，UMP)，然后一部分UMP直接脱去磷酸基团生成尿苷，一部分UMP则经过一系列的磷酸化，胺化再去磷酸后生成胞苷[3]。该合成途径会受到严谨的调控，如在大肠杆菌中，嘧啶核苷操纵子基因转录会受到尿苷酸或者胞苷酸的反馈阻遏，且催化第一步反应的氨甲酰磷酸合成酶的活性还受到UMP的反馈抑制[4-5]。另外，胞苷合成的关键酶UMP激酶和三磷酸胞苷(cytidine triphosphate，CTP)合酶的活性还分别受到三磷酸尿苷(uridine triphosphate，UTP)和CTP的反馈抑制[5]。严谨的反馈调控机制，冗长复杂的反应过程以及对多种重要前体物的需求是限制嘧啶核苷生物合成的主要因素。……