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红霉素具有广谱的抗菌活性,以它为原料的半合成药物,如阿奇霉素、罗红霉素和克拉霉素,广泛应用于疾病治疗。随着市场对红霉素需求不断扩大,竞争越来越激烈。深入了解红霉素工业生产菌的代谢特性,使培养工艺与细胞代谢相互适配,是提高红霉素产量、降低生产成本,从而让企业具备竞争力的关键。课题组前期以红霉素工业生产菌红色糖多孢菌E3为出发菌,通过删除编码琥珀酰辅酶A合成酶的sucC（SACE6669）基因,构建了新的基因工程菌E3-ΔsucC,但对其代谢特性尚缺乏了解。本课题为验证基因操作效果,分别从宏观与微观角度,综合考察了E3-ΔsucC的代谢特性,并在此基础上优化培养工艺,进一步提高红霉素产量。利用合成培养基,在5 L生物反应器中分别培养基因工程菌E3-ΔsucC和出发菌E3。实验结果显示,相对于E3,在0-50小时的细胞生长期,E3-ΔsucC的生长速率有明显提高。在红霉素合成期,E3-ΔsucC的红霉素产量从392.93 mg/L提高到754.56 mg/L,提高了将近1倍,表明敲除琥珀酰辅酶A合成酶基因有利于红霉素的生物合成。在250 mL微型生物反应器中实施13C同位素标记实验,测量胞内代谢物浓度和同位素丰度,结合代谢网络模型计算中心代谢流量分布。代谢物组学数据显示,在红霉素合成期,糖酵解（EMP）途径上游的磷酸糖类物质和三羧酸（TCA）循环中的大部分有机酸在两个菌株中均呈现下降趋势,而磷酸戊糖（PP）途径大部分磷酸糖类物质和作为红霉素合成前体的丙酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A在E3-ΔsucC呈上升趋势,在E3中呈下降趋势。代谢流计算结果显示,相对于出发菌E3,E3-ΔsucC的PP途径通量明显上升,TCA循环通量上升18%,而EMP途径通量较低。两者最显著的区别体现在TCA循环中,E3-ΔsucC中琥珀酰辅酶A合成酶催化的代谢反应的通量几乎为零,而乙醛酸支路通量显著提高。这些结果表明,敲除琥珀酰辅酶A合成酶基因有效减小了琥珀酰辅酶A向琥珀酸的转化,更多的琥珀酰辅酶A生成甲基丙二酰辅酶A,从而有利于红霉素的合成。在E3-ΔsucC培养过程中,发现菌体在发酵后期过早自溶。针对这一现象,优化了培养工艺,在红霉素合成期添加硫酸铵,使红霉素产量提高43%,而且红霉素活性成分A的比例从85%提高到98%。基于化学计量学的代谢通量分析结果显示,添加硫酸铵工艺中,EMP途径通量提高10%,TCA循环反应通量提高5%,PP途径反应通量降低23%,乙醛酸循环通量提高15%。能量与辅因子的代谢分析结果显示,NADH总合成速率从27.78提高到31.41 mmol/gDCW/day,ATP合成有一定幅度提高,对菌体维持起重要作用,而NADPH合成速率降低21.4%,与较低比红霉素合成速率相一致。这些结果表明,添加硫酸铵后,尽管单位菌体的红霉素合成能力有所降低,但由于保持了较大菌量,仍然有利于红霉素产量的提高。本文研究成果加深了对红霉素工业生产菌株代谢特性的认识,对加快基因工程菌的工业化应用具有重要意义。