γ-氨基丁酸 (GABA)是一種重要的非蛋白氨基酸，具有降血壓、促睡眠、治療癲癇和解毒等多種生理功能，在食品、醫(yī)藥保健、飲料加工等領域具有廣泛應用前景。然而目前通過發(fā)酵法利用低附加值底物生產GABA仍處于實驗室研究階段，產量較低，尚不能滿足工業(yè)生產需求。因此，開發(fā)高效的GABA合成細胞工廠具有現(xiàn)實意義。

　　中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員劉君帶領的微生物生理和代謝工程研究組以低價值甘油為原料，通過途徑工程和動態(tài)代謝控制，開發(fā)了高效生產GABA谷氨酸棒桿菌細胞工廠。該研究首先利用隨機RBS工程技術在谷氨酸棒桿菌中構建并優(yōu)化了甘油利用途徑，實現(xiàn)了甘油的高效同化利用。隨后在該菌株中重建GABA合成途徑，構建GABA合成細胞工廠，實現(xiàn)了甘油向GABA的生物轉化。在GABA合成過程中需要TCA循環(huán)中間產物α-酮戊二酸為底物，而將過量的α-酮戊二酸代謝流導向GABA合成途徑必然引起TCA循環(huán)通量降低，從而造成代謝失衡和生長阻滯，因此，如何平衡產物合成和細胞生長的關系是提升GABA生物合成的關鍵限制因素。該研究隨后在谷氨酸棒桿菌中開發(fā)了一種可調的生長期依賴性自主雙功能遺傳開關（GABS），能夠根據(jù)細胞生長時期自動關閉或開啟基因的表達，從而實現(xiàn)了細胞內基因的動態(tài)表達調控。利用該調控技術重構了GABA合成代謝網絡，工程菌株能夠在積累足量的生物量之后發(fā)生代謝狀態(tài)轉變，使細胞代謝狀態(tài)由“生長模式”向“生產模式”轉變，從而實現(xiàn)了細胞生長和產物合成的協(xié)同平衡。最終構建的工程菌株GABA產量超過45 g/L，產率提升至0.4 g/g 甘油，是目前報道的利用甘油生產GABA的最高產量，對谷氨酸棒桿菌細胞工廠的代謝調控提供了新的工具和方法。

　　該研究得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的資助。該研究成果已在國際期刊Metabolic Engineering上發(fā)表。天津工生所博士后魏亮為該論文第一作者，劉君和天津科技大學副研究員劉清岱為該論文的共同通訊作者。

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動態(tài)調控策略改造谷氨酸棒桿菌利用甘油生產GABA