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通过在酿酒酵母中表达反馈抑制N-乙酰谷氨酸激酶来大量生产鸟氨酸

   日期:2020-11-14     来源:中国生物技术网    浏览:1038    评论:0    
核心提示:Masataka Ohashi等人通过常规诱变得到并分离了一个二倍体清酒酵母突变体A902-4,该突变体产生的脯氨酸和鸟氨酸的量比母体菌株(K901)多10倍以上。得到的清酒酵母突变体A902-4不仅对乙醇的耐受性很高,还提高了清酒酒精含量,更有意想不到的“惊喜”。这“惊喜”来自——鸟氨酸。
  
 清酒是一种传统的日本酒精饮料,在发酵过程中,酵母暴露在高浓度的乙醇中,这削弱了酵母细胞的生存能力,抑制了酵母细胞的生长和发酵(Kodama, 1993)。因此,提高清酒酵母菌对乙醇的耐受性,就可以提高乙醇产量,从而缩短发酵时间。如果能使酵母菌具有乙醇耐受性,生物乙醇的生产过程也将被简化。

细胞内脯氨酸(Pro)可以减轻乙醇毒性(Takagi et al.,2016)。故细胞内脯氨酸(Pro)的含量越高,酿酒酵母对乙醇的耐受性越高。为了提高日本传统酒精饮料清酒的乙醇生产率,Masataka Ohashi等人通过常规诱变得到并分离了一个二倍体清酒酵母突变体A902-4,该突变体产生的脯氨酸和鸟氨酸的量比母体菌株(K901)多10倍以上。得到的清酒酵母突变体A902-4不仅对乙醇的耐受性很高,还提高了清酒酒精含量,更有意想不到的“惊喜”。这“惊喜”来自——鸟氨酸。

鸟氨酸是一种非蛋白生成氨基酸,是精氨酸(Arg)和脯氨酸(Pro)的前体, 它能改善睡眠质量和改善例如懒散、疲劳的各种消极的生理或情绪状态,它还能在尿素循环中起作用,起到“解毒”的作用。氨基酸代谢的最终产物——氨在体内浓度过高时对细胞有剧毒,小部分的氨可重新合成氨基酸及其他含氮化合物,绝大部分氨则通过鸟氨酸循环(即尿素循环)合成尿素,随尿排出,达到“解毒”的效果。因此,富含鸟氨酸的清酒可以缓解饮酒后的疲劳感。而用A902-4菌株酿造的清酒和清酒蛋糕中的鸟氨酸含量大约比亲本菌株K901高4-5倍,也就是说,人在摄入用A902-4菌株酿造的清酒和清酒蛋糕后不易“疲倦”。

Masataka Ohashi等人鉴定出A902-4菌株中编码Thr340Ile变异体N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)的ARG5,6基因发生了同等位基因突变。Thr340Ile变异体的NAGK对精氨酸的反馈抑制极其不敏感,导致细胞内鸟氨酸的积累。这是第一个宣布了消除反馈抑制NAGK活性可使工业酵母细胞中鸟氨酸大量生产的研究。


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