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γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是广泛存在于生物体内的非蛋白质氨基酸,在哺乳动物体内,作为重要的抑制性神经递质,具有降血压,治疗癫痫,抗抑郁等多种生理功能;并且γ-氨基丁酸还是重要工程塑料尼龙4的单体,在医药、食品及化工业上应用广泛。本研究以一株高产GABA的工程菌BW/pRB-IgadB为出发菌株,首先通过精氨酸稀有密码子以及分子伴侣来提高异源谷氨酸脱羧酶的可溶表达。结果表明工程菌BW/pRB-IgadBC1催化速率最高,反应进行6 h后体系内GABA摩尔转化率达到96.0%,此时体系内 GABA 含量为 296.12±2.01 g/L,GABA 生产速率为 49.35 g/L/h,相比出发菌株,GABA生产速率提高了 32.6%。通过截短谷氨酸脱羧酶(GAD)和谷氨酸/γ-氨基丁酸转运酶(GadC)来解决酸依赖性,提高pH活性范围。全细胞催化实验结果表明截短GadC的工程菌BW(△C)/pRB-IgadB运输底物能力得到明显提高,其催化体系内GABA的摩尔转化率达到96.0%仅需7 h,此时体系内GABA含量为296.63 ±3.29 g/L,GABA生产速率为42.38 g/L/h,相比对照组GABA生产速率提高了 13.7%。接着对GAD进行定点突变,构建了工程菌BW/pRB-IgadB(M4),全细胞催化实验的结果表明通过7h的催化反应,体系内GABA含量为306.65±2.73g/L,GABA摩尔转化率达99.1%,GABA的生产速率为43.81 g/L/h,体系内Glu残留量仅为1.45±0.07g/L,相比出发菌株,生产速率提高了 18.7%,GABA摩尔转化率显著提高。经过将分子伴侣,末端截断GadC蛋白和定点突变的GAD蛋白整合,最终构建了工程菌BW(△C)/pRB-IgadB(M4C),全细胞催化结果表明其催化反应5 h后体系内GABA含量达到最高,为307.40土3.18 g/L,GABA摩尔转化率为99.4%,GABA生产速率达到61.48 g/L/h,比出发菌株提高了 66.1%。通过5 L发酵罐放大实验,工程菌BW(△C)/pRB-IgadB(M4C)通过7 h的催化反应体系内GABA的含量为308.26± 1.88 g/L,摩尔转化率达99.6%,GABA的生产速率为44.04 g/L/h,相比出发菌株,其GABA生产速率提高了 63.8%。