大肠杆菌混菌劳动分工发酵生产氨基葡萄糖

赵可欣,耿自豪,伊进行,卓明洋,张春月,孙文超,马倩

(天津科技大学 生物工程学院,天津,300457)

氨基葡萄糖(glucosamine, 2-amino-2-deoxy-D-glucose, GlcN),又称氨基葡糖、葡萄糖胺或葡糖胺,是一种重要的功能单糖,也是第一个被确认结构的氨基单糖[1-4]。氨基葡萄糖的传统生产方法主要为虾壳蟹壳酸水解提取,存在环境污染、易致敏等问题。近年来,随着代谢工程的迅速发展,微生物发酵法进行氨基葡萄糖生产的报道不断涌现[5],其中最主要的方法是对GlcN合成途径关键酶进行强化并阻断其分解利用的代谢途径。DENG等[6]通过易错PCR筛选出高效的氨基葡萄糖-6-磷酸合成酶基因(glmS),并将改良酶过量表达获得了氨基葡萄糖滴度17 g/L。董瑞真等[7-8]通过加强氨基葡萄糖合酶(fructose-6-phosphate transaminase,GlmS)和氨基葡萄糖乙酰化酶(glucosamine-6-phosphateN-acetyltransferase,Gna1)2种酶的表达,再对大肠杆菌氨基葡萄糖代谢途径进行改造,经摇瓶发酵验证后GlcN的产量提高至1.049 g/L。陈欣等[9]在已过表达GlmS和Gna1的大肠杆菌的基础上利用Red同源重组技术将乙酰氨基葡萄糖磷酸转运子编码基因nagE和甘露糖磷酸转运子编码基因manX敲除,在7 L发酵罐中发酵至10 h时GlcN产量达到最大值4.82 g/L。

目前利用微生物发酵直接合成GlcN的最终产量并不理想,主要是因为代谢过程中生成的氨基葡萄糖-6-磷酸对GlmS存在反馈抑制[10],且GlcN在发酵过程中不稳定易降解[6],因而GlcN在正常的代谢合成中不能大量积累。针对这一问题,工业发酵生产对GlcN进一步发酵生成N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetyl-glucosamine,GlcNAc),之后再结合酸水解生成GlcN。但环境污染的问题仍未得到有效解决,同时增加了生产工艺复杂性,因此,需要创建一种直接高效生产GlcN的微生物发酵方法。……