基于生物传感器的进化技术及代谢工程改造：用于L-色氨酸生产的大肠杆菌细胞工厂

《Microbial Cell Factories》：Biosensor-driven evolution and metabolic engineering of an Escherichia coli cell factory for L-tryptophan production

　　

摘要

L-色氨酸是一种重要的芳香族氨基酸，在食品、制药和饲料工业中有着广泛的应用。然而，由于其复杂的代谢网络和多级反馈调节机制，其高效的微生物生产仍然具有挑战性。在这项研究中，我们通过结合系统代谢工程和高通量筛选技术，构建了一种高效的大肠杆菌细胞工厂用于L-色氨酸的生物合成。首先，我们开发了一种基于tnaC的生物传感器，并将其与常压和室温等离子体（ARTP）诱变技术结合使用，以分离出高性能的底盘菌株。随后，我们对中心碳代谢途径进行了重新编程，以减少碳损失，并将代谢流导向必需的前体物质——磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和赤藓糖-4-磷酸（E4P）。为了进一步缓解代谢途径的瓶颈问题，我们利用启动子工程来平衡细胞内L-谷氨酰胺、L-丝氨酸和磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的供应。这种有针对性的干预措施使L-色氨酸的积累量增加了21.61%。接着，我们对产物运输系统进行了改造，以增强其细胞外分泌能力并降低细胞内的毒性。在5升生物反应器中优化了接种量和喂养策略后，最终工程化的菌株（W-24）在40小时内产生了50.83克/升的L-色氨酸，产率为0.185克/克葡萄糖。这一多模块工程框架为L-色氨酸的生物合成提供了一个稳健的平台，并为其他有价值的芳香族化合物的工业化生产提供了一种可扩展的策略。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。

L-色氨酸是一种重要的芳香族氨基酸，在食品、制药和饲料工业中有着广泛的应用。然而，由于其复杂的代谢网络和多级反馈调节机制，其高效的微生物生产仍然具有挑战性。在这项研究中，我们通过结合系统代谢工程和高通量筛选技术，构建了一种高效的大肠杆菌细胞工厂用于L-色氨酸的生物合成。首先，我们开发了一种基于tnaC的生物传感器，并将其与常压和室温等离子体（ARTP）诱变技术结合使用，以分离出高性能的底盘菌株。随后，我们对中心碳代谢途径进行了重新编程，以减少碳损失，并将代谢流导向必需的前体物质——磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和赤藓糖-4-磷酸（E4P）。为了进一步缓解代谢途径的瓶颈问题，我们利用启动子工程来平衡细胞内L-谷氨酰胺、L-丝氨酸和磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的供应。这种有针对性的干预措施使L-色氨酸的积累量增加了21.61%。接着，我们对产物运输系统进行了改造，以增强其细胞外分泌能力并降低细胞内的毒性。在5升生物反应器中优化了接种量和喂养策略后，最终工程化的菌株（W-24）在40小时内产生了50.83克/升的L-色氨酸，产率为0.185克/克葡萄糖。这一多模块工程框架为L-色氨酸的生物合成提供了一个稳健的平台，并为其他有价值的芳香族化合物的工业化生产提供了一种可扩展的策略。

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此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。