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基于基因组尺度代谢网络模型的大肠杆菌遗传修饰用于积累丙酮酸

Genome-scale metabolic network model-guided genetic modification of Escherichia coli for pyruvate accumulation

摘要[目的]利用基因组尺度代谢网络模型指导大肠杆菌的遗传修饰,构建可积累丙酮酸的突变株.[方法]以基因组规模的代谢网络模型为指导,模拟大肠杆菌丙酮酸的积累过程,筛选代谢途径中的关键基因,并确定基因编辑策略.具体敲除乙酸激酶基因ackA、磷酸乙酰转移酶基因pta、乙醇脱氢酶基因adhE、糖原合成酶基因glgA、糖原磷酸化酶基因glgP、磷酸戊糖焦磷酸(PRPP)合酶基因prs、核糖 1,5-二磷酸磷酸激酶基因phnN和转运蛋白编码基因proP;敲入转运蛋白编码基因ompC、类黄酮毒素基因fldA和 D-丝氨酸氨裂解酶基因dsdA.[结果]基因编辑突变株MG1655-6-2 在厌氧条件下进行摇瓶发酵,丙酮酸产量达 10.46 g/L,转化率为 0.69 g/g.代谢组分析表明,发酵液中丙酮酸水平显著升高,某些相关代谢副产物显著降低.通过 5 L补料分批发酵和适应性实验室进化,该菌株的最终丙酮酸产量达到 45.86 g/L.[结论]本研究证实了一种基因编辑策略的有效性,即基于基因组规模的代谢网络模型预测的基因编辑策略,可在厌氧条件下提高大肠杆菌丙酮酸产量,为微生物代谢工程提供了有价值的参考.