腐胺（Putrescine），又名丁二胺，是一种常见的生物多胺，可由鸟氨酸脱羧生成。腐胺目前被广泛用于生物塑料、药物、农药和表面活性剂的工业生产，特别是高分子聚合材料尼龙4,6的合成。国内外已有关于利用谷氨酸棒杆菌生产腐胺的报道，但是，腐胺的过量生产而导致菌体细胞生理代谢变化的机理尚未清楚，阻碍了研究人员改造谷氨酸棒杆菌提高腐胺产量的进一步研究。
最近，来自中山大学微生物代谢工程与合成生物学实验室的刘建忠教授团队，在《Frontiers in Microbiology》杂志上报道了通过比较转录组学分析，揭示重组谷氨酸棒杆菌大量合成腐胺时在转录组水平上的代谢生理变化（Front. Microbiol. 8:1987. doi: 10.3389/fmicb.2017.01987）。
图1 重组谷氨酸棒杆菌有关糖酵解、TCA循环、丙酮酸代谢、氨基酸合成和腐胺合成途径的比较转录组学结果
研究人员发现，过量生产腐胺导致谷氨酸棒杆菌中参与糖酵解和TCA循环的大多数基因（glpX, fda, gpmB, eno, pyk, aceE, prpC1, acn, kgd, sdhAB, mdh, aceAB）表达水平显著性下调；参与丙酮酸代谢，丝氨基酸、甲硫氨酸、组氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的生物合成，氧化磷酸化，维生素合成（硫胺素和维生素6），嘌呤，嘧啶和硫代谢相关基因的转录水平下调。能量代谢和还原力方面，与ATP、NAD和NADPH消耗相关酶编码基因的转录水平也显著下调。而参与鸟氨酸生物合成的基因argJ, argB, argC, argD以及NADPH合成酶编码基因proA, aldH, mdhB的转录水平在高产腐胺的谷氨酸棒杆菌C. glutamicum PUT-ALE中显着上调。
随后，研究人员建立了谷氨酸棒杆菌的CRISPRi 工程技术，应用CRISPTRi 技术对比较转录组学所揭示的ATP和NADPH消耗相关基因，进行了抑制，使腐胺的产量提高了5%～20%。因此，该论文揭示了谷氨酸棒杆菌生物合成腐胺的转录水平变化，为提高腐胺产量的代谢调控提供理论依据。同时，论文首次应用CRISPRi 技术对谷氨酸棒杆菌基因进行了调控，促进了腐胺的合成。
上述研究工作由中山大学刘建忠教授带领李真同学完成，该项工作得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广州市科技计划项目的支持。
论文：Transcriptomic Changes in Response to Putrescine Production in metabolically Engineered Corynebacterium glutamicum. Front. Microbiol. 2017, 8: 1987. doi: 10.3389/fmicb.2017.01987
