利用组合优化工程技术在大肠杆菌中高效生产齐墩果酸

《Microbial Cell Factories》：Combinatorial optimization engineering for the high-level production of shikimic acid in Escherichia coli

　　

摘要

Whitish acid是生产吲哚衍生物和手性药物的重要前体，与传统植物提取相比，生物制造方式具有成本更低、工艺更简化的优势。目前关于白柳酸工业化生产的研究已取得显著进展，但仍存在高生产成本、操作流程复杂以及副产物生成过多的问题。为解决这些难题，本研究通过系统性地改造和优化大肠杆菌中的发酵过程，旨在培育出高效的白柳酸生产菌株。首先，将白柳酸的合成途径分为三个模块：糖类摄取、生物产物合成以及代谢物分解。通过破坏葡萄糖摄取系统、增强生物产物的合成能力并阻断其分解途径，重新调整了代谢流，从而实现了高效合成。随后，通过删除丙酮酸旁路途径、强化戊糖磷酸（PP）通路以及调整启动子活性等系统工程手段，提高了前体物质的供应量并避免了代谢溢出。最佳菌株EC022产生的白柳酸浓度达到了5.27克/升，这突显了前体物质充足性的重要性。接着，对发酵条件（包括底物浓度、接种量、培养温度、诱导时间和碳氮比）进行了全面优化，在优化后的条件下，生物产量提升至8.70克/升。最终，在7升生物反应器中实现了61.87克/升的白柳酸产量。本研究通过代谢工程和生物工艺优化，开发出了具有工业化潜力的高效白柳酸生产菌株。