科學(xué)島團(tuán)隊(duì)通過(guò)代謝工程策略大幅度提高L-巖藻糖生物合成效率

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所陳祥松團(tuán)隊(duì)在L-巖藻糖生物合成領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)代謝工程和混合碳源發(fā)酵策略，成功實(shí)現(xiàn)L-巖藻糖微生物合成，并在優(yōu)化階段大幅度提高了大腸桿菌生產(chǎn)L-巖藻糖的效率，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際知名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry上。

L-巖藻糖是一種重要的功能性單糖，廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)健康、醫(yī)藥和護(hù)膚等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法效率低下、成本高昂，限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，隨著對(duì)L-巖藻糖生理功能的深入研究，其在腸道健康、降低血脂、抗癌以及皮膚保濕等方面的應(yīng)用價(jià)值逐漸被挖掘，開(kāi)發(fā)高效、低成本的生產(chǎn)技術(shù)成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵需求。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)代謝工程手段，對(duì)大腸桿菌的代謝通路進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。首先篩選并整合了關(guān)鍵酶基因，包括α1,2-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶和α-L-巖藻糖苷酶，將代謝通量導(dǎo)向L-巖藻糖合成。通過(guò)優(yōu)化基因拷貝數(shù)，顯著提高了酶的表達(dá)水平，進(jìn)而提升了L-巖藻糖的產(chǎn)量。此外，團(tuán)隊(duì)還通過(guò)增強(qiáng)GTP和NADPH的供應(yīng)，優(yōu)化了代謝調(diào)控機(jī)制，并對(duì)2'-巖藻糖基乳糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行改造，減少了2'-巖藻糖基乳糖的積累，進(jìn)一步提高了L-巖藻糖的生產(chǎn)效率。

在發(fā)酵策略方面，團(tuán)隊(duì)采用了葡萄糖/甘油共發(fā)酵方法，優(yōu)化了碳源分配，提高了菌株的發(fā)酵效率。最終，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的工程菌株在5升發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)了91.90克/升的L-巖藻糖產(chǎn)量，生產(chǎn)效率達(dá)到1.18克/升·小時(shí)，這一產(chǎn)量較以往報(bào)道提高了80.01%，是目前文獻(xiàn)報(bào)道的最高水平。

該研究不僅為L(zhǎng)-巖藻糖的工業(yè)化生產(chǎn)提供了全新的技術(shù)路線，還為微生物代謝工程領(lǐng)域提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和策略。通過(guò)精準(zhǔn)的代謝通路調(diào)控和發(fā)酵優(yōu)化，研究團(tuán)隊(duì)成功解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中存在的效率和成本問(wèn)題，為L(zhǎng)-巖藻糖在食品、醫(yī)藥和護(hù)膚等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

L-巖藻糖生物合成路徑優(yōu)化與發(fā)酵性能提升示意圖