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《Science Advances》刊发我校生工学院饶志明教授团队改造工业微生物高效合成羟化氨基酸研究成果

发布日期:2020-05-27  来源:生物工程学院   图/文:龙梦飞 审核:饶志明、陈勇

近期我校生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室饶志明教授团队在系统生物学改造工业微生物高效合成羟化氨基酸研究方面取得新进展。研究成果“Significantly enhancing production of trans-4-hydroxy-L-proline by integrated system engineering in Escherichia coli”在线发表于国际权威期刊《Science Advances》(自然指数期刊,JCR一区top,影响因子12.804)(Sci. Adv. DOI: 10.1126/sciadv.aba2383)

反式4-羟基脯氨酸是一种重要的氨基酸,广泛应用于生物化学,食品,化妆品及医药中间体等领域。反式4-羟基脯氨酸的生产方法有三种,即水解法、化学合成法以及微生物法。水解法是指通过酸、碱或者酶处理后,从富含羟脯氨酸的动物骨胶及明胶中提取。化学法则存在成本较高、使用有毒催化剂等缺点。二者均对环境造成极大污染。微生物发酵法即在生物细胞体内,利用脯氨酸-4-羟化酶的立体专一性,以游离的L-脯氨酸为底物生产反式4-羟基脯氨酸。微生物法与水解法和化学法相比,有着天然的优势。例如,由于脯氨酸-4-羟化酶具有高度立体选择性,因此产物为高纯度产物,则不会产生顺式羟脯氨酸副产物。再次,在微生物体内环境较为稳定,酶活力能够保持较高水平。更重要的是,利用微生物法生产反式4-羟基脯氨酸原料简单,对环境污染小。因此,利用微生物法将逐步替代其它方法。

在该论文中,饶志明教授团队以反式4-羟基脯氨酸为研究目标,提出了一种通用的微生物高效合成羟化氨基酸策略。首先利用稀有密码子筛选和代谢工程改造策略有效提升底盘合成前体脯氨酸性能。其次利用基于群体感应调控线路,动态调节酮戊二酸脱氢酶活性,补充共底物酮戊二酸。最后,通过基因挖掘并结合分子动力学模拟Gromacs和Rosetta等工具改造脯氨酸羟化酶活性,增加其转化效率。最终反式-4羟基脯氨酸产量为54.8g/L,为目前报道最高水平之一。该研究为微生物高效合成羟基化高值氨基酸提供重要借鉴。

饶志明教授为论文的通讯作者,我校2017级博士研究生龙梦飞为论文第一作者,徐美娟副教授为论文共同第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划项目(2018YFA0900300)、国家自然科学基金(31870066),国家轻工技术与工程一流学科自主课题资助(LITE2018-06)等资助。

近年来饶志明教授团队以合成生物学科学理论为指导,在系统开展高效合成高值氨基酸细胞工厂构建及产业化方面取得丰硕成果,相关研究成果已发表在Metab Eng (2016)、Bioresour Technol (2017)、Nat Commun (2018)、 ACS Catal (2018)、ACS Synthe Biol (2019)、中国科学(2019)等本领域权威期刊。

原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba2383

图文摘要

阅读( (编辑:马杰)

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