《陰溝腸桿菌SDM中2,3-丁二醇手性形成及代謝調控機制研究》是依託上海交通大學，由李理想擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：陰溝腸桿菌SDM中2,3-丁二醇手性形成及代謝調控機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李理想
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
2,3-丁二醇(BD)及其衍生物均為重要的平台化合物，同時BD的三種手性異構體在手性合成中具有重要用途。目前BD的生產主要依賴微生物發酵，其研究受到廣泛關注。陰溝腸桿菌SDM底物譜廣，可高效生產BD，是目前報導的唯一的一株可同時產3種BD異構體的菌株。分析表明該菌株中BD前體乙偶姻的合成關鍵基因位於操縱子alsRSD中，而不同手性異構體合成取決於胞內2,3-丁二醇脫氫酶（2,3-BDH）的類型。本研究擬從菌株SDM的全基因組分析入手，酶學性質分析和基因敲除相結合研究該菌株中2,3-BDH的生物學功能，確定其手性合成機制；通過基因敲除、凝膠阻滯等手段分析調控蛋白AlsR對alsRSD的表達調控機制；轉錄組學分析確定2,3-BD合成促進因子乙酸鹽的調控網路；從而揭示其高效生產2,3-BD及不同手性異構體的具體產生機制，為基因工程改造獲得高效手性BD工業菌株奠定基礎。
結題摘要
陰溝腸桿菌SDM是一株生長迅速，底物譜廣的菌株，具有很好的2,3-丁二醇發酵能力，但其所產2,3-丁二醇為混合物，為了發揮該菌株優勢，本項目在前期研究基礎上，通過外源表達、基因敲除、體外重組合成途徑等手段，闡明了陰溝腸桿菌2,3-丁二醇手性合成機制；進一步通過基因敲除，qPCR等手段，揭示了乙酸鹽可以通過上調alsR基因表達並進一步上調2,3-丁二醇合成途徑中的budABC基因簇，促進2,3-丁二醇的合成，同時還發現乙酸鹽可以通過調節胞內還原力還促進2,3-丁二醇的合成。在此基礎上改造了陰溝腸桿菌2,3-丁二醇合成途徑關鍵酶，得到的工程菌可以產手性純(2R,3R)-丁二醇，產量達到152g/L，為目前報導最高產量；同時異源表達了(2S,3S)-丁二醇合成關鍵酶-乙醯乳酸合成酶和2,3-丁二醇脫羧酶，得到的工程菌以葡萄糖為底物直接轉化可以產2.2 g/L (2S,3S)-丁二醇，是目前報導最高產量；敲除2,3-丁二醇脫氫酶的陰溝腸桿菌可以高產量的生產乙偶姻，經過NAD+再生體系改造和副產物途徑改造，乙偶姻產量達到55.2 g/L；進一步的，我們還研究了地衣芽孢桿菌2,3-丁二醇手性合成機制，並改造地衣芽孢桿菌，生產手性2,3-丁二醇，(2R,3R)-丁二醇產量達到123.7 g/L，meso-2,3-丁二醇達到 90.1 g/L，純度均大於99%。本研究結果對手性2,3-丁二醇生產具有重要的指導意義，得到的工程菌株具有較高的工業套用價值。
