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L-赖氨酸作为必须氨基酸之一，被广泛应用于饲料、医药和食品工业中。谷氨酸棒状杆菌作为L-赖氨酸的高产菌，在碳通量方面的工程改造已经有较多研究，然而NADPH和ATP作为细胞环境的重要组成部分和L-赖氨酸生物合成的重要辅助因子而报道较少。

江南大学张卫国团队构建了一个对细胞内赖氨酸浓度敏感的开动子文库，并应用于NADP依赖的甘油醛3-磷酸脱氢酶的表达，实现了NADPH的动态调控，后经过发酵，工程菌株的赖氨酸产量可达到223.4 g/L傍边。

1、代谢通量调节与ATP供应

作者对前期构建的赖氨酸出产菌株进行了基因组测序，鉴定了与赖氨酸合成联系的天冬氨酸激酶、二氢吡啶二羧酸合酶 、N-琥珀酰二氨基二聚脱琥珀酰酶、二氨基苯甲酸酯聚酶四个关键酶基因的突变。随后在此本原上，进行pck敲除，pyc、ppc过表达，增加赖氨酸前体，再行分配碳通量，赖氨酸联系路径上的具体基因开动子替换成强开动子Ptrc，提高联系酶活，并阻断联系的角逐性路径，包含乳酸道路、L-丙氨酸道路、高丝氨酸脱氢酶突变，碳通量定位至赖氨酸合成路径中，造成菌株lys4，颠末发酵，赖氨酸产量由45.8 g/L提升至62.49 g/L。进一步的，菌株中pgk、pyk基因开动子替换成强开动子，并敲除amn基因，增加赖氨酸合成的ATP供应，构建菌株lys4.3/△amn产量来到69 g/L。

2、赖氨酸转运系统测试

促进产物流出或防止摄取控制细胞内L-赖氨酸浓度防止反馈按捺。作者先是敲除了赖氨酸转入系统LysP，发觉对赖氨酸产量无显着影响，增强了赖氨酸转出系统lysE，产量仍然异国什么变化，的，作者过表达了出处于大肠的赖氨酸转运系统ybjE，赖氨酸产量无显着变化，这一数据表明工程菌株体内的赖氨酸转运系统已经充裕L-赖氨酸的转运。

3、赖氨酸响应启动子库的建立

转录调节因子LysG可能感知细胞内L-赖氨酸的含量，而lysE开动子可能在其调控下刺激靶基因的表达。作者敲掉了菌株体内天然存在的lysG，随后引入了对赖氨酸反响的突变基因LysG，开动子为PlysE，发觉该开动子强度为Ptrc开动子的一半，为了以L-赖氨酸反响的方式精确动态的调节多个基因的表达，对PlysE开动子进行了修饰，以餍足代谢调节的反响效应。作者对PlysE的13个碱基进行了任意突变，得到了强度分歧的三十个开动子，个中，PlysE-7和Ptrc开动子强度，并这三十个开动子进行强度划分，，用分歧强度的开动子对pntAB和gapN基因进行表达，实现NADPH的动态调控，结果发觉，跟着开动子的增强，NADPH的含量提高，赖氨酸的产量在提高，作者终极选取了PlysE-28号开动子取实现gapN的动态调控，原委发酵，赖氨酸的个可能抵达80 g/L傍边，通过补料分批，赖氨酸产量为223.4 g/L傍边。

(A) Production performance of LYS-1 in a 5 L fermenter. The error bars represent the standard deviation based on three independent measurements.

(B) Production performance of LYS-6 in a 5 L fermenter. The error bars represent the standard deviation based on three independent measurements.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37604260/

作者：cTiyAmo