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摘要β-丙氨酸广泛应用于食品添加剂、药品和保健品等领域。目前微生物发酵法及酶催化法逐步替代化学合成法合成β-丙氨酸，具有环保、温和、高效率等特点。β-丙氨酸多用酶法催化L-天冬氨酸或富马酸合成，底物成本较高，本研究采用基因敲除和多酶共表达的手段，对合成β-丙氨酸的大肠杆菌代谢途径进行研究，实现了以葡萄糖为原料的β-丙氨酸合成，具体内容如下：<br>　　（1）对产L-赖氨酸的大肠杆菌工程菌株CGMCC1.366的微生物合成途径进行基因编辑改造，通过对天冬氨酸激酶基因lysC进行基因敲除，成功构建大肠杆菌基因缺陷菌株CGMCC1.366ΔlysC，阻断生产L-赖氨酸的途径，从而增加β-丙氨酸的产量。发酵结果显示，以葡萄糖为原料，原始菌株CGMCC1.366发酵后L-赖氨酸产量为1260mg/L，而基因缺陷菌株CGMCC1.366ΔlysC发酵后L-赖氨酸的产量降低为20mg/L，表明该菌株的L-赖氨酸合成途径被成功阻断。<br>　　（2）为实现大肠杆菌中以葡萄糖为原料合成β-丙氨酸，分别克隆来自枯草芽孢杆菌的L-天冬氨酸-α-脱羧酶(PanD)和来自大肠杆菌的天冬氨酸氨基转移酶(AspC)，连接至载体pET28a(+)，构建了双启动子重组载体pET28a(+)-aspC-panD并转化到大肠杆菌工程菌CGMCC1.366ΔlysC中进行异源表达。发酵结果显示，在28℃下利用IPTG诱导20h后37℃条件下发酵培养40h，合成的β-丙氨酸含量为0.7103mg/L。为进一步提高合成β-丙氨酸微生物代谢途径中酶的催化效率和产物的合成效率，利用纤维小体关键元件对接蛋白(DocA)与粘连蛋白(CohA)的自组装体系结合PanD和AspC，提高酶的催化效率和表达水平，并通过双酶催化法进一步促进β-丙氨酸的产量，构建了大肠杆菌工程菌CGMCC1.366ΔlysC/pET28a(+)-aspC-cohA-panD-docA，在28℃下利用IPTG诱导20h，纤维小体关键元件结合关键酶成功表达。发酵结果显示，在28℃下利用IPTG诱导20h后37℃条件下发酵培养40h，合成的β-丙氨酸含量为7.439mg/L，组装纤维小体的工程菌合成β-丙氨酸的含量是未组装纤维小体的工程菌合成β-丙氨酸的含量10.47倍。<br>　　（3）优化改变了纤维小体关键元件对接蛋白和粘连蛋白的组装方式，对生产β-丙氨酸的大肠杆菌合成代谢途径的关键酶天冬氨酸氨基转移酶、L-天冬氨酸-α-脱羧酶、苹果酸脱氢酶(MDH)和延胡索酸酶(FumA)进行两两组装，构建大肠杆菌工程菌。构建的工程菌株在IPTG诱导后蛋白成功表达，发酵结果显示，工程菌株CGMCC1.366?lysC/pET28a(+)-panD-cohA-aspC-docA、CGMCC1.366?lysC/pET22b(+)-aspC-cohA-mdh-docA和CGMCC1.366?lysC/pET22b(+)-cohA-fumA-mdh-docA在28℃下利用IPTG诱导20h后37℃条件下发酵培养40h，合成的β-丙氨酸的含量分别为25.87mg/L、0.387mg/L和0.356mg/L。利用5L发酵罐进行微生物发酵实验，采用乳糖替代IPTG作为诱导剂，工程菌株CGMCC1.366?lysC/pET28a(+)-panD-cohA-aspC-docA催化20g/L的葡萄糖合成的β-丙氨酸达到755.465mg/L。纤维小体可以有效地用于β-丙氨酸工程菌株的构建及其衍生物的生产，该方法也为其他氨基酸的生产提供了良好的方法借鉴。