https://doi.org/10.1002/biot.202100349
Improvement of acetyl-CoA supply and glucose utilization increases L-leucine production in Corynebacterium glutamicum
Biotechnology Journal，2021.12.06
通讯作者：江南大学，张伟国
文章背景
L-亮氨酸在医药、动物饲料和化学工业有着广泛的应用。亮氨酸的生物合成开始于丙酮酸，经过多个酶的催化合成。由于较长的生物合成途径和复杂的调控机制使得亮氨酸的产量和转化率较低，而且亮氨酸的生物合成途径和缬氨酸有重叠，因此很难构建一株高产亮氨酸的菌株。本研究以C. glutamicum WL-12为出发菌，通过提高前体供应和糖利用构建高产亮氨酸的菌株。
研究内容
亮氨酸生物合成的关键步骤由 leuA基因编码的酶调控，此步骤需要乙酰-CoA的参与。作者首先在WL-12中增加leuA拷贝数，获得的菌株JL-1亮氨酸积累增加，但是副产物缬氨酸较多，推测原因是乙酰-CoA不足。
为增加乙酰-CoA的供应，作者在gltA基因前插入终止子以减少乙酰-CoA的消耗，插入终止子后获得的菌株JL-3的gltA表达水平降低15%，乙酰-CoA浓度增加26%，发酵显示亮氨酸积累增加，副产物缬氨酸减少。为进一步增加乙酰-CoA的供应，作者在JL-3中异源表达来自E.coli的acs和cobB基因，获得的菌株JL-32可利用乙酸产乙酰-CoA，发酵显示亮氨酸积累增加，但葡萄糖消耗速率降低。
为增加葡萄糖的利用，作者敲除了转录调节因子 iolR以强化非PTS系统，获得的菌株JL-4葡萄糖消耗速率增加，但是亮氨酸产量没有显著提高，可能是由于非PTS系统没有消耗磷酸烯醇式丙酮酸产生合成亮氨酸的前体丙酮酸。因此作者敲除了转录调节因子sugR以强化PTS系统，获得的菌株JL-51葡萄糖消耗速率和亮氨酸产量均增加。JL-51在5L发酵罐中通过工艺优化可产40.11g/L亮氨酸，转化率为25%。
