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Metabolic engineering of corynebacterium glutamicum S9114 based on whole-genome sequencing for efficient N-acetylglucosamine synthesis

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Synthetic and Systems Biotechnology 2019年第3期4卷 120-129页

作者： chen Deng Xueqin Lv Yanfeng Liu Jianghua Li Wei Lu Guocheng Du Long Liu Key Laboratory of carbohydrate chemistry and Biotechnology Ministry of EducationJiangnan UniversityWuxi214122China Key Laboratory of Industrial Biotechnology Ministry of EducationJiangnan UniversityWuxi214122China Shandong Runde Biotechnology cO. LTDTaian271200China

Glucosamine(GlcN)and its acetylated derivative N-acetylglucosamine(GlcNAc)are widely used in the pharmaceutical industries.Here,we attempted to achieve efficient production of GlcNAc via genomic engineering of corynebacterium glutamicum.Specifically,we ligated the GNA1 gene,which converts GlcN-6-phosphate to GlcNAc-6-phosphate by transferring the acetyl group in Acetyl-coA to the amino group of GlcN-6-phosphate,into the plasmid pJYW4 and then transformed this recombinant vector into the c.glutamicum ATcc 13032,ATcc 13869,ATcc 14067,and S9114 strains,and we assessed the GlcNAc titers at 0.5 g/L,1.2 g/L,0.8 g/L,and 3.1 g/L from each strain,respectively.This suggested that there were likely to be significant differences among the key genes in the glutamate and GlcNAc synthesis pathways of these c.glutamicum strains.Therefore,we performed whole genome sequencing of the S9114 strain,which has not been previously published,and found that there are many differences among the genes in the glutamate and GlcNAc synthesis pathways among the four strains tested.Next,nagA(encoding GlcNAc-6-phosphate deacetylase)and gamA(encoding GlcN-6-phosphate deaminase)were deleted in c.glutamicum S9114 to block the catabolism of intracellular GlcNAc,leading to a 54.8%increase in GlcNAc production(from 3.1 to 4.8 g/L)when grown in a shaker flask.In addition,lactate synthesis was blocked by knockout of ldh(encoding lactate dehydrogenase);thus,further increasing the GlcNAc titer to 5.4 g/L.Finally,we added a key gene of the GlcN synthetic pathway,glmS,from different sources into the expression vector pJYW-4-ceN,and the resulting recombinant strain cGGN2-GNA1-cgglmS produced the GlcNAc titer of 6.9 g/L.This is the first report concerning the metabolic engineering of c.glutamicum,and the results of this study provide a good starting point for further metabolic engineering to achieve industrial-scale production of GlcNAc.

关键词： c.glutamicum complete genome N-acetylglucosamine Metabolic engineering

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Production of L-glutamate family amino acids in corynebacterium glutamicum:Physiological mechanism,genetic modulation,and prospects

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Synthetic and Systems Biotechnology 2021年第4期6卷 302-325页

作者： Qi Sheng Xiao-Yu Wu Xinyi Xu Xiaoming Tan Zhimin Li Bin Zhang Jiangxi Engineering Laboratory for the Development and Utilization of Agricultural Microbial Resources College of Bioscience and BioengineeringJiangxi Agricultural UniversityNanchang330045China State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering School of Life SciencesHubei UniversityWuhan430062China

L-glutamate family amino acids(GFAAs),consisting of L-glutamate,L-arginine,L-citrulline,L-ornithine,L-proline,L-hydroxyproline,γ-aminobutyric acid,and 5-aminolevulinic acid,are widely applied in the food,pharmaceutical,cosmetic,and animal feed industries,accounting for billions of dollars of market activity.These GFAAs have many functions,including being protein constituents,maintaining the urea cycle,and providing precursors for the biosynthesis of pharmaceuticals.currently,the production of GFAAs mainly depends on microbial fermentation using corynebacterium glutamicum(including its related subspecies corynebacterium crenatum),which is substantially engineered through multistep metabolic engineering strategies.This review systematically summarizes recent advances in the metabolic pathways,regulatory mechanisms,and metabolic engineering strategies for GFAA accumulation in c.glutamicum and c.crenatum,which provides insights into the recent progress in L-glutamate-derived chemical production.

关键词： L-glutamate family Amino acids c.glutamicum Regulatory mechanism Metabolic engineering Fermentation

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L-Gln高产突变株发酵中试过程的研究

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食品工业科技 2012年第12期33卷 217-220页

作者：王书平李磊李玉玺滨州学院生命科学系山东滨州256603 滨州市食品安全重点实验室山东滨州256603

以诱变筛选得到的高产Gln突变株c.glutamicum N-U-6为研究对象,对其进行了5L发酵罐的中试实验。在采用搅拌速率为850r/min和通气量为1.5vvm的条件下,在发酵中后期流加30%的尿素达到控制pH维持6.2和补充氮源的双重目的,进一步提高了产量... 详细信息

以诱变筛选得到的高产Gln突变株c.glutamicum N-U-6为研究对象,对其进行了5L发酵罐的中试实验。在采用搅拌速率为850r/min和通气量为1.5vvm的条件下,在发酵中后期流加30%的尿素达到控制pH维持6.2和补充氮源的双重目的,进一步提高了产量,最高达56.67g/L,发酵周期缩短到44h。此外还进行了氮饥饿处理的实验:初期脲量减少为原来的60%,后期补加尿素以补充氮源同时也起到控制pH的作用,谷氨酰胺的产量达到62.52g/L,比氮饥饿处理前(56.67g/L)提高了约6%,其发酵周期缩短到40h。

关键词： c.glutamicum N-U-6 谷氨酰胺氮饥饿

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L-Gln高产突变菌株发酵条件的初步优化

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氨基酸和生物资源 2011年第3期33卷 21-26页

作者：王书平李玉玺滨州学院生命科学系滨州市食品安全重点实验室山东滨州256603

将诱变实验筛选出的遗传稳定性高产突变株c.glutamicum N-U-6作为研究对象,采用单次单因子非统计优化技术确定了它在培养温度为30℃下250 mL的摇瓶培养条件为:150 g.L-1葡萄糖,最佳无机氮源及其浓度为:40 g.L-1NH4cl;最佳有机氮源及其浓... 详细信息

将诱变实验筛选出的遗传稳定性高产突变株c.glutamicum N-U-6作为研究对象,采用单次单因子非统计优化技术确定了它在培养温度为30℃下250 mL的摇瓶培养条件为:150 g.L-1葡萄糖,最佳无机氮源及其浓度为:40 g.L-1NH4cl;最佳有机氮源及其浓度:14 g.L-1尿素;玉米浆浓度:10 g.L-1,初始pH为7.2,装液量为30 mL,种龄为12 h,接种量为10%。谷氨酰胺产量达到37.21 g.L-1,比优化前的突变株(33.54 g.L-1)提高10.9%。

关键词： c.glutamicum N-U-6 优化单次单因子法

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