谷胱甘肽在假絲酵母抵抗酸脅迫中的作用機制

《谷胱甘肽在假絲酵母抵抗酸脅迫中的作用機制》是依託蘇州大學，由衛功元擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：谷胱甘肽在假絲酵母抵抗酸脅迫中的作用機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：衛功元
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

假絲酵母在利用己糖和戊糖發酵生產酸性生物基化學品的過程中，常遭遇酸脅迫環境，增強細胞適應或抵抗酸脅迫的能力將有助於促進目的產物的過量合成。本項目以一株能在胞內合成谷胱甘肽（GSH）的產朊假絲酵母WSH02-08作為模式微生物進行研究，運用基因工程技術分別敲除細胞中γ-谷氨醯半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的編碼基因gsh1和gsh2，構建GSH生物合成缺陷的突變株gsh1￣ 和gsh2￣。通過恆化培養，從細胞和分子水平研究酸脅迫前後出發菌株和突變株在生長特性、細胞結構、胞內微環境（pHi、氧化還原電位）、物質代謝、能量代謝和關鍵酶活性等方面的差異，以及酸脅迫引起GSH向胞外分泌的作用機制。研究結果將拓寬對GSH在假絲酵母中生理作用的認識，並有助於深入理解假絲酵母對酸脅迫的回響和調節機制，為發酵法過量合成酸性生物基化學品的過程最佳化與控制策略提供新的思路。

結題摘要

產朊假絲酵母在利用糖類物質發酵生產各類大宗或精細化學品的過程中，常遭遇酸脅迫環境，增強細胞適應或抵抗酸脅迫的能力有助於促進目的產物的過量合成。本研究以一株能在胞內合成谷胱甘肽（GSH）的產朊假絲酵母作為模式微生物進行研究，運用基因工程手段成功構建了基因敲除組件pGAP:kan，實現了γ-谷氨醯半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的編碼基因gsh1和gsh2的部分敲除，獲得了gsh1和gsh2基因部分敲除的雜合突變株C. utilis Δgsh1和C. utilis Δgsh2。在恆化培養條件下，分別確定了pH 3.5處理6 h和pH 1.5處理2 h為弱酸脅迫和強酸脅迫方式。在此基礎上，對出發菌株和突變株進行酸脅迫處理，通過比較GSH合成及胞內外分布、胞內pHi、γ-GCS活性、糖酵解關鍵酶活性、細胞氧化還原狀態、物質和能量代謝等方面的差異，發現GSH對於提高酵母細胞抵抗酸脅迫的能力具有重要作用。在研究中還發現，除了GSH合成酶以外，提高胞內與能量代謝有關的輔因子NADH和ATP的水平也有助於胞內GSH含量的增加。在能量代謝分析的基礎上，結合與GSH生物合成密切相關的含硫化合物S-腺苷蛋氨酸（SAM），探討了合理利用胞內過量的ATP以及外加能量輔助物質檸檬酸鈉在提高胞內SAM和GSH含量中的作用及其機制。與此同時，還考察了不同的亞硒酸鈉添加方式對胞內GSH含量及GSH在胞內外分布的影響，獲得了胞內GSH含量和生物學性能明顯提高的產朊假絲酵母。研究結果增加了對GSH在微生物胞內生理功能的認識和理解，有助於提高產朊假絲酵母對酸脅迫的回響和抵抗能力。同時，本研究結果特別是能量代謝分析方法也為其他酸性生物基化學品的發酵過程最佳化與控制提供了可行的思路和策略。