华理王风清等改造新金分枝杆菌产麦角硫因 补料发酵EGT产量达1.56g/L

 麦角硫因（Ergothioneine，EGT）是一种天然抗氧化剂，在人体内可以对细胞起到保护作用，是机体内的重要活性物质。蘑菇是EGT的主要食物来源，并且牛肝菌菌盖组织被发现含有最高含量的EGT（7.27 mg/g干重），但是日常饮食中的EGT还不能满足日常需要。近年来，合成生物学的发展为EGT的异源合成提供了有前景的解决方案，其中，已有工程化酿酒酵母在不添加氨基酸的情况下，可在160小时内实现EGT产量2.39 ± 0.08 g/L，为目前最高。然而，获得稳定高产的菌株仍然是一个挑战。

近期，华东理工大学王风清实验室在Food Bioengineering上发表：Engineering Mycolicibacterium neoaurum for the production of antioxidant ergothioneine。这项研究中，作者通过多策略代谢工程系统地操纵了天然可产EGT的新金分枝杆菌，以构建高效的产EGT细胞工厂。

耻垢分枝杆菌天然合成EGT的通路中，L-His的甲基化需要五种酶的参与，分别是EgtD、EgtB、EgtC、EgtE 和 EgtA，作者通过序列同源性比对，发现新金分枝杆菌也含有同源性较高的基因簇，通过发酵测试也证明新金分枝杆菌具有产EGT的能力。因此，在EGT基因簇过表达的基础上，作者过表达hisG来促进EGT骨架前体组氨酸的供应，发酵测试显示工程菌EGT10B发酵3天可达到87.3 mg/L/天（262 mg/L）的EGT生产效率。为了进一步提高EGT生产力，作者将工程菌EGT10B与野生型新金分枝杆菌进行了转录组分析，筛选到转录水平上调较大的两个靶点allB1和hisC，因此在上述重构基础上再过表达allB1和hisC，摇瓶发酵测试滴度可达到95.6 mg/L，是原产量的约7.2倍。然后，作者也发现了新金分枝杆菌中潜在的编码EGT裂解酶的基因Mn_3042，认为其可能是造成发酵后期EGT产量下降的原因，通过失活该裂解酶，使EGT效价进一步提高21%。介于S-腺苷甲硫氨酸（S‐adenosyl‐L‐Methionine，SAM）作为甲基供体也参与到egtD催化的L-His生成组氨酸甜菜碱过程中，因此通过过表达metk和ahcY促进SAM循环，提升EGT效价28%；最后，通过对补料分批发酵的优化，EGT产量提高到1.56g/L，产率达到7.2 mg/L/h。

 

总的来说，作者通过通过多策略代谢工程系统以新金分枝杆菌为底盘构建了高效产EGT的细胞工厂。