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      巴豆酸:代謝工程改造解脂耶氏酵母產巴豆酸的研究

      2020-08-16   次閱讀

        巴豆酸是一種含有四個碳原子并且含有雙鍵的有機羧酸,屬于工業酸分類領域之一,由于其分子內具有碳碳雙鍵的結構,使其化學性質較為活潑。巴豆酸主要在醫藥,化工等領域具有十分重要的應用。

        目前巴豆酸的生產主要依賴化學合成法合成,以石油裂解所產生的乙烯為原料之一,再經由一系列化學反應最終由巴豆醛轉變為巴豆酸。

        隨著國際能源危機的加重以及環境的惡化,顯然對于依賴化石燃料為基礎的工業從成本以及可持續發展的方面考慮,該產業都會受到一定程度的影響。所以人類不得不通過其他方式來實現輔助或替代該產業。

        隨著基因工程學手段的發展,人類逐漸成功地從微生物中獲取一系列的物質,首當其沖的模式生物也是人類目前為止研究最為透徹的微生物就是原核生物的代表大腸桿菌。雖然目前大多數的研究都是在該微生物中展開研究的,但是大腸桿菌因其具有一定的致病性,且原核表達系統的自身的一些生物特性限制了其在工業生產中大規模應用。隨之誕生的酵母體系被認為是工業化生產中較為理想的表達體系模式生物,真核生物相較于原核生物,因其自身表達系統的完整性使得真核生物表達體系在工業化發酵產業上比大腸桿菌的表達體系更具優勢。解脂耶氏酵母作為一種新型的酵母表達體系越來越被廣泛接受,因其較高的安全性(GRAS),使得該酵母代謝產生的產物被廣泛應用于食品,醫藥等領域。同時解脂耶氏酵母自身具有脂肪酸代謝途徑,對低pH值等極端環境的耐受能力更強。綜上,以解脂耶氏酵母為載體,是當前微生物發酵研究的主流方向之一。

        在代謝工程改造解脂耶氏酵母的研究過程中,在設計巴豆酸代謝途徑之初,在丙酮丁醇梭菌體內發現其自身代謝產丁醇的路徑中具有合成巴豆醛的相關的路徑和關鍵酶,并以此為基礎繼續挖掘,最終成功在解脂耶氏酵母中構建了合成巴豆酸的合成路徑。通過氣相質譜測定,培養基中含有巴豆酸。隨后通過高效液相色譜測定,巴豆酸的產量為62.24mg/L。隨后,對構建的路徑進行進一步的優化,通過過表達路徑中的關鍵酶,目的是實現過量積累巴豆酸前體物質以達到巴豆酸的高產,經過液相測定產量達到123.49mg/L,產量提高近一倍之多。隨后繼續對路徑進行優化,將丙酮酸到乙酰輔酶A實現一步合成,降低了原本需要是三步才能合成的每步的代謝消耗,使得更多的前體物質流向合成巴豆酸的下游,最終經過液相測定巴豆酸的產量提高到了220.00mg/L,總體產量提升了2倍之多。

        相較于化學法合成方式,該代謝工程改造解脂耶氏酵母產巴豆酸的研究實現了在生物體內將糖類轉化為巴豆酸的過程,對底物和生產條件要求相對較低,產物對環境沒有很強烈的危害;相較于大腸桿菌的生產模式來說,本研究中所使用的菌種,適合高密度培養,且對低pH環境耐受性相對較高,符合工業化生產的要求。

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