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生物工程学报 2024年第9期40卷 3142-3157页

作者：姜君逸郭艺鸣杨套伟饶志明江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

1,4-丁二醇是一种重要的中间体,广泛应用于化工、农业、医药等领域。本研究将酶工程和代谢工程相结合,构建了一条以葡萄糖为底物生产1,4-丁二醇的新途径。首先,通过数据库挖掘设计了一条包含α-酮酸脱羧酶(α-ketoglutarate decarboxyla... 详细信息

1,4-丁二醇是一种重要的中间体,广泛应用于化工、农业、医药等领域。本研究将酶工程和代谢工程相结合,构建了一条以葡萄糖为底物生产1,4-丁二醇的新途径。首先,通过数据库挖掘设计了一条包含α-酮酸脱羧酶(α-ketoglutarate decarboxylase,SucA)、羧酸还原酶(carboxylate reductase,Car)、乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,YqhD)的新型催化途径,引入底盘细胞W3110(K-12)后,实现了1,4-丁二醇的从头合成。为进一步提高该路径的合成效率,敲除了乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase A,LdhA)、丙酮酸甲酸裂解酶(pyruvate formate lyase B,PflB)基因,阻断旁路代谢途径;强化表达柠檬酸合酶(citrate synthase,GltA^(R163L)),增加α-酮戊二酸代谢通量;强化底盘细胞中关键辅酶NADPH合成量并替换强启动子强化sucA、car、yqhD基因表达量,改善了1,4-丁二醇合成前体的供给效率。最终,重组菌株摇瓶发酵48 h最高合成770 mg/L的1,4-丁二醇,在5 L发酵罐上发酵60 h,1,4-丁二醇产量达4.22 g/L,得率为12.46 mg/g葡萄糖。本研究设计了一条新的1,4-丁二醇从头合成路径,与已报道的路径相比,该路径无需乙酰辅酶A参与,避免了副产物乙酸的积累,同时避免了氨的添加,为代谢工程改造生产1,4-丁二醇及其高附加值衍生产品提供了一种新的思路。

关键词：大肠杆菌代谢改造 1,4-丁二醇路径优化

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多酶级联反应催化γ-丁内酯生成1,4-丁二醇

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应用与环境生物学报 2024年第1期30卷 167-175页

作者：郭艺鸣姜君逸潘学玮张显徐美娟杨套伟饶志明江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室无锡214122

1,4-丁二醇是一种重要的化学品中间体,已被列入NICNAS高价值量工业化学品清单(HVICL).随着1,4-丁二醇的全球市场需求量不断增加,利用微生物法合成1,4-丁二醇已成为关注热点.基于多酶级联催化构建了一条以γ-丁内酯为底物合成1,4-丁二醇... 详细信息

1,4-丁二醇是一种重要的化学品中间体,已被列入NICNAS高价值量工业化学品清单(HVICL).随着1,4-丁二醇的全球市场需求量不断增加,利用微生物法合成1,4-丁二醇已成为关注热点.基于多酶级联催化构建了一条以γ-丁内酯为底物合成1,4-丁二醇的路径,首先通过己内酯水解酶(ChnC)将γ-丁内酯水解为4-羟基丁酸,接着在羧酸还原酶(Car)的作用下,将4-羟基丁酸还原成4-羟基丁醛,随后,利用醇脱氢酶(YqhD)将4-羟基丁醛进一步还原生成1,4-丁二醇;同时通过引入了甲酸脱氢酶(FDH)构建了NADH/NAD+辅酶循环再生系统.最后对底物添加浓度、催化温度、pH和多酶添加比例进行了优化.综合3种酶的最适反应条件优化之后,在30℃、pH 7.0、酶活力添加比例为1:3:2的优化条件下,以5 g/Lγ-丁内酯为底物,1,4-丁二醇产量达到2.41 g/L,摩尔转化率为46.1%,与优化前相比分别提高了375.46%和374.79%.最后,通过底物补加试验,1,4-丁二醇的合成量最高达到6.31 g/L,摩尔转化率最高达到67.3%.本研究基于新设计的1,4-丁二醇多酶级联催化路径,实现了1,4-丁二醇酶法合成,结果有望为酶催化合成1,4-丁二醇及其高附加值衍生的产品提供一种新的思路.(图12表2参41)

关键词：多酶级联转化辅酶循环再生 γ-丁内酯 1,4-丁二醇

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