内源性半乳脂酶和一种外排转运蛋白的过表达增强了Synechococcus elongatus PCC 7942菌株分泌细胞外游离脂肪酸的能力

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Overexpression of endogenous galactolipases and an efflux transporter enhances the secretion of extracellular free fatty acids by Synechococcus elongatus PCC 7942

　　

摘要

背景

经过工程改造、能够产生游离脂肪酸（FFAs）的蓝细菌突变体是潜在的生物燃料来源，因为这些脂肪酸会被分泌到细胞外介质中。利用这类突变体可以规避细胞内储存的限制，并减少能耗较高的下游提取过程。然而，除了需要使内源的基因（编码酰基-ACP合成酶）失活以防止FFAs的循环利用外，构建产生FFAs的突变体还需要引入一个转基因，该转基因编码能够将酰基-ACP转化为FFAs的硫酯酶。在工业层面利用这类突变体生产生物燃料时，特别是在对转基因生物传播有严格规定的国家，避免引入外来转基因至关重要。

结果

采用无标记诱变方法，我们用包含内源性半乳脂酶（lipB和/或lipC）基因以及RND型FFA外排转运蛋白（rndA1B1）开放阅读框（ORFs）的DNA片段替换了 PCC 7942菌株基因中的一个3.0 kb的片段，并将这些基因分别与内源性psbAII启动子融合。在强光照条件下（200 μmol光子·m^-2·s^-1），所得工程菌株过度表达了这两种半乳脂酶和FFA外排转运蛋白RND，从而将显著更多的FFAs分泌到异丙基肉豆蔻酸覆盖层中，其分泌量超过了亲本Δaas菌株。在次优温度（25°C，而非32°C）下培养进一步增强了FFAs的产量。分泌最多的脂肪酸是棕榈油酸（16:1），这证实FFAs主要来源于膜脂质的脱酰作用。表现最佳的转化菌株（Δaas::lipC-lipB-rndAB）的FFAs浓度、生产速率和产量与其他产生细胞外FFAs的转基因蓝细菌的研究结果相当。

结论

内源性半乳脂酶和RND转运蛋白的共过表达使得工程改造的能够高效地将FFAs分泌到细胞外。我们的方法有助于推动面向工业应用的研究，尤其是在对转基因生物传播有严格规定的国家，并为可持续生产生物燃料前体提供了一个有前景的平台。